Предмет, задачи и методы экологии

+ – хищничество – хищный  вид питается своей жертвой;

+ – паразитизм – паразит тормозит рост и развитие своего хозяина и может вызвать его гибель.          

2.3. Воздействие на неживую природу (микроклимат). Например, в лесу под влиянием растительного покрова создаётся особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создаётся свой температурно–влажностной режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом – прохладнее и влажнее. Особая микросреда создаётся также в кроне деревьев, в норах, в пещерах и т. п.          

3. Антропогенные факторы – факторы, порожденные деятельностью человека и воздействующие на окружающую природную среду: непосредственное воздействие человека на организмы или воздействие на организмы через изменение человеком их среды обитания (загрязнение окружающей среды, эрозия почв, уничтожение лесов, опустынивание, сокращение биологического разнообразия, изменение климата и др.). Выделяют следующие группы антропогенных факторов:

1.     изменение структуры земной поверхности;

2.     изменение состава биосферы, круговорота и баланса входящего в нее вещества;

3.     изменение энергетического и теплового баланса отдельных участков и регионов;

4.     изменения, вносимые в биоту.

Существует и другая классификация  экологических факторов. Большинство  факторов качественно и количественно  изменяется во времени. Например, климатические  факторы (температура, освещённость и  др.) меняются в течение суток, сезона, по годам. Факторы, изменение которых  во времени повторяется регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические – приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называютсянепериодическими.  

 

 

  

 

Закономерности  действия экологических факторов

Влияние экологических факторов на живые организмы характеризуется  некоторыми количественными и качественными  закономерностями.         

 Немецкий агрохимик  Ю. Либих, наблюдая за влиянием  на растения химических удобрений,  обнаружил, что ограничение дозы  любого из них ведет к замедлению  роста. Эти наблюдения позволили ученому сформулировать правило, которое носит название закона минимума (1840 г.).          

Закон минимума: жизненные возможности организма (урожай, продукция) зависят от фактора, количество и качество которого близко к необходимому организму или экосистеме минимуму (несмотря на то, что другие факторы могут присутствовать в избытке и не использоваться в полной мере).

Те же самые вещества, находясь в избытке, также снижают урожай. Продолжая исследования, в 1913 г. американский биолог В. Шелфорд сформулировал  закон толерантности.

Закон толерантности: жизненные возможности организма определяются экологическими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме, то есть определять жизнеспособность организма может как недостаток, так и избыток экологического фактора. Например, недостаток воды затрудняет ассимиляцию минеральных веществ растением, а избыток вызывает гниение, закисание почвы.         

 Факторы, сдерживающие  развитие организма из-за их  недостатка или избытка по  сравнению с потребностью (оптимальным  содержанием), называются лимитирующими.

В характере воздействия  экологических факторов на организм и в ответных реакциях можно выявить  ряд общих закономерностей, которые  укладываются в некоторую общую  схему действия экологического фактора  на жизнедеятельность организма (рис. 3).

На рис. 3 по оси абсцисс  отложена интенсивность фактора (например, температура, освещенность и т.д.), а  по оси ординат – реакция организма  на воздействие экологического фактора (например, скорость роста, продуктивность и т.д.).

Диапазон действия экологического фактора ограничен пороговыми значениями (точки А и Г), при которых  еще возможно существование организма. Это нижняя (А) и верхняя (Г) границы  жизнедеятельности. Точки Б и  В соответствуют границам нормальной жизнедеятельности.

Действие экологического фактора характеризуется наличием трех зон, образованных характерными пороговыми точками:

1 – зона оптимума –  зона нормальной жизнедеятельности,

2 – зоны стресса (зона  минимума и зона максимума)  – зоны нарушения жизнедеятельности  вследствие недостатка или избытка  фактора,

3 – зона гибели. 

 

 

              
 

Рис. 3. Схема действия экологического фактора на живые организмы:

1 – оптимум, зона нормальной  жизнедеятельности, 2 – зона пониженной  жизнедеятельности (угнетение), 3 –  зона гибели 

 

При минимуме и максимуме  фактора организм может жить, но не достигает расцвета (стрессовые зоны). Диапазон между минимумом  и максимумом фактора определяет величину толерантности (устойчивости) к данному фактору (толерантность – способность организма выносить отклонения значений экологических факторов от оптимальных для него).

 

 

Экологическая система (экосистема или биогеоценоз)

– функциональная система, природно-антропогенный комплекс, включающая в себя сообщество живых организмов разных видов и окружающую их среду  обитания (физическую среду), взаимодействующих  между собой, объединенных в единое функциональное целое и образующих экологическую единицу, другими  же словами, экологическая система  – это совокупность совместно  обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся  в закономерной взаимосвязи друг с другом. Термин был введён английским экологом А. Тенсли в 1935 г. Термин «экосистема» при рассмотрении его с позиций  понятий о системах представляется как «множество элементов, находящихся  в отношениях и связях друг с другом, образующих определенную целостность, единство» (СЭС, 1980, с. 1225), и полностью  этим понятиям отвечает. Биосфера как  совокупность конкретных экосистем  в её структуре и функциях также  отвечает биологическим (экологическим) системам, характеризующимся специфической  функцией, упорядоченными взаимоотношениями  составляющих её частей (субсистем) и  основывающимися на этих взаимоотношениях регулярными механизмами, определяющими  целостность системы на фоне колеблющихся внешних условий [3].

Пищева́я (трофи́ческая) цепь — ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями: пища — потребитель (последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещ-ва и энергии от источника к потребителю).

Организмы последующего звена  поедают организмы предыдущего  звена, и таким образом осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80—90 %) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в цепи питания ограничено и не превышает обычно 4—5.

ПИЩЕВАЯ ЦЕПЬ (трофическая цепь, цепь питания), взаимосвязь организмов через отношения пища – потребитель (одни служат пищей для других). При этом происходит трансформация вещества и энергии от продуцентов(первичных производителей) через консументов (потребителей) к редуцентам (преобразователям мёртвой органики в неорганические вещества, усваиваемые продуцентами).  
 
Различают 2 типа пищевых цепей – пастбищную и детритную. Пастбищная цепь начинается с зелёных растений, идёт к пасущимся растительноядным животным (консументы 1-го порядка) и затем к хищникам, добывающим этих животных (в зависимости от места в цепи – консументы 2-го и последующих порядков). Детритная цепь начинается с детрита (продукт распада органики), идёт к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам (животные и микроорганизмы, вовлечённые в процесс разложения отмирающей органики).

Примером пастбищной цепи может служить многоканальная её модель в африканской саванне. Первичными продуцентами являются травостой  и деревья, консументами 1-го порядка  – растительноядные насекомые и  травоядные животные (копытные, слоны, носороги и др.), 2-го порядка –  хищные насекомые, 3-го – плотоядные пресмыкающиеся (змеи и др.), 4-го –  хищные млекопитающие и хищные птицы. В свою очередь детритофаги (жуки-скарабеи, гиены, шакалы, грифы и т. д.) на каждом из этапов пастбищной цепи разрушают  туши погибших животных и остатки  пищи хищников. Количество особей, включённых в пищевую цепь, в каждом её звене  последовательно уменьшается (правило  экологической пирамиды), т. е. число  жертв всякий раз существенно  превышает число их потребителей. Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а переплетаются друг с другом, образуя пищевые сети.

Экологическая пирамида

- способ графического  отображения соотношения различных  трофических уровней в экосистеме (см. рис. 1). Может быть трех типов:

1) пирамида численности  - отражает численность организмов  на каждом трофическом уровне;

2) пирамида биомассы - отражает биомассу каждогоитрофического уровня;

3) пирамида энергии — показывает количество энергии, прошедшее через каждый трофический уровень в течение определенного промежутка времени.

Первые два типа пирамид имеют ряд существенных недостатков. Построение пирамиды численности  может быть затруднено в том случае, если разброс  численности организмов разных уровней оказывается чрезвычайно велик. (Например, 500 тысячам злаков в основании пирамиды может соответствовать один конечный хищник.) Кроме того, пирамида может оказаться перевернутой (в том случае, если продуцент очень крупный, или в том случае, если большое число паразитов питаются на немногочисленных консументах).Пирамида  биомасс  отражает состояние  экосистемы  на момент отбора пробы и, следовательно, показывает соотношение биомассы в данный момент и не отражает продуктивность каждого трофического уровня (т. е. его способность образовывать биомассу в течение определенного промежутка времени). Поэтому в том случае, когда в число продуцентов входят быстрорастущие виды, пирамида биомасс также может оказаться перевернутой. Этих недостатков лишена пирамида энергии. Она позволяет  сравнить   продуктивность   различных   трофических уровней, поскольку учитывает фактор времени. Кроме того, она учитываем  разницу в энергетической ценности различных веществ (например.  1 г жира дает почти в два раза больше энергии, чем 1 г глюкозы). Поэтому пирамида энергии всегда суживается кверху и никогда не бывает перевернутой.

Рис. 1. Экологические пирамиды: 1 - сужающая пирамида; 2 - перевернутая пирамида

пищевые сети служат основой для построения экологических пирамид. Простейшими из них являютсяпирамиды численности, которые отражают количество организмов (отдельных особей) на каждом трофическом уровне. Для удобства анализа эти количества отображаются прямоугольниками, длина которых пропорциональна количеству организмов, обитающих в изучаемой экосистеме, либо логарифму этого количества. Часто пирамиды численности строят в расчёте на единицу площади (в наземных экосистемах) или объёма (в водных экосистемах).

Упрощённый вариант  экологической пирамиды.

 

 

 

Закон однонаправленности потока энергии: энергия, которую получает экосистема и которая усваивается продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго, третьего и других порядков, а потом редуцентам, что сопровождается потерей определенного количества энергии на каждом трофическом уровне в результате процессов, которые сопровождают дыхание. Поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) попадает очень мало начальной энергии (не большее 0,25%), термин «кругооборот энергии» есть довольно условным

Закон однонаправленности потока энергии - в экологии - закон, согласно которому энергия, получаемая сообществом и усваиваемая продуцентами, вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и других порядков, а затем редуцентам, с падением потока на каждом из трофических уровней в результате процессов, сопровождающих дыхание. Превращение энергии Цепи питания Экологические законы

Закон пирамиды энергий  Р.Линдемана - в экологии - закон, согласно которому при переходе с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой потребляется в среднем 10% энергии биомассы или вещества в энергетическом выражении.

В результате то же, что и правило 10%.

Динамика  экосистемы - развитие биоценоза во времени, изменение его видовой структуры и протекающих в нем процессов в результате:

• внутренних воздействий - отмирание или вытеснение одних видов другими, например, старые деревья отмирают, падают и перегнивают, а покоящиеся рядом до поры до времени в почве семена прорастают, давая новый цикл развития жизни
• внешних воздействий - факторы внешней среды, вырубка леса, влияние катастроф, например, урагана, пожара

Многолетняя динамика экосистем

Последовательность  сообществ (зоо-, микробо-, фито-, микоценозов), сменяющих друг друга во времени  на одной и той же территории под  влиянием природных факторов или  воздействия человека, носит название сукцессии, а их переходные состояния - последовательных стадий (стадии развития).

Наблюдать сукцессию  можно на заброшенных полях раннего  возраста, песчаных дюнах или песчаных морских и речных берегах. Если рассматривать  сукцессию на брошенных землях, которые  не используются в сельском хозяйстве, то можно видеть, что бывшие поля быстро покрываются разнообразными однолетними растениями. Сюда же могут  попасть, преодолев иногда большие  расстояния с помощью ветра или  животных, семена древесных пород: сосны, ели, березы, осины.

Вначале изменения  происходят быстро. Затем, по мере появления  растений, растущих более медленно, скорость сукцессии снижается. Всходы березы образуют густую поросль, которая  затеняет почву, и даже если вместе с березой прорастают семена ели, ее всходы, оказавшись в весьма неблагоприятных  условиях, сильно отстают от березовых. Светолюбивая береза является серьезным  конкурентом для ели. К тому же специфические биологические особенности  березы дают ей преимущества в росте. Березу называют "пионером леса", так как она почти всегда первой поселяется на нарушенных землях и  обладает широким диапазоном приспособляемости.