Тема № 2. Экологические системы. Потоки вещества и энергии

Вопросы:

1. Вещество биосферы.

2. Уровни организации живой материи.

3. Функции живого вещества в биосфере.

4. Биологический вид и популяция.

5. Основные характеристики популяций.

6. Биоценоз. Важнейшие особенности биоценозов. Структура биоценоза. Отношения организмов в биоценозе.

7. Понятие экологической системы. Структура экосистем и их классификация.

8. Принципы функционирования экосистем.

9. Типы питания.

10. Динамические процессы в экологических системах. Гомеостаз биогеоценозов.

11. Сукцессия.

Цель: формирование представлений об основных понятиях науки Экологии: вид, популяция, экосистема.

1. Вещество биосферы

Всю совокупность организмов на планете В.И. Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию. В состав биосферы, кроме живого вещества (растительного, животного и микроорганизмов), входят биогенное вещество (продукты жизнедеятельности живых организмов – каменный уголь, битумы, нефть), биокосное вещество (продукты распада и переработки горных и осадочных пород живыми организмами – почвы, кора выветривания, все природные воды, свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества) и, наконец, косное вещество – совокупность тех веществ в биосфере, в образовании которых, как считается, живые организмы не участвуют (горные пород магматического, неорганического происхождения, вода, космическая пыль, метеориты).

2. Уровни организации живой материи

Окружающий нас мир живых организмов биосферы представляет собой сочетание различных биологических систем разной структурной упорядоченности и разного организационного положения. В связи с этим выделяют разные уровни существования живого вещества – от крупных молекул до растений и животных различных организаций: молекулярный, клеточный, тканевый, органный, организменный, популяционно-видовой, биоценоз и биогеоценоз (экосистема), биосферный.

3. Функции живого вещества в биосфере

Различают пять основных функций живого вещества в масштабах планеты Земля: энергетическая, газовая, концентрационная, окислительно-восстановительная, деструкционная.

4. Биологический вид и популяция

Вид – совокупность особей, способных к скрещиванию и образованию плодовитого потомства, населяющих определенный ареал (область географического распространения), обладающих рядом общих морфо-физиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средой, отделенных от других таких же групп особей практически полным отсутствием гибридных (гибрид – потомство, не способное к дальнейшему размножению, например, мул – результат скрещивания лошади с ослом).

По определению академика С.С. Шварца, популяция – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды.

---

5. Основные характеристики популяций

Статические показатели:

Численность – общее количество особей на выделяемой территории или в данном объеме. Этот показатель популяции никогда не бывает постоянным, он зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности.

Плотность популяции – среднее число особей (или биомассы) на единицу площади или площади или объема занимаемого популяцией пространства. Плотность популяции также изменчива, она зависит от численности. В случае возрастания последней плотность популяции не увеличивается лишь в том случае, если возможно расселение ее, т.е. расширение ареала.

Динамические показатели популяции включают рождаемость, смертность, прирост и темп роста популяции.

Рождаемость (плодовитость) – число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения.

Смертность популяции – число погибших в популяции особей в определенный отрезок времени.

Прирост популяции – разница между рождаемостью и смертностью; прирост может быть положительным, нулевым и отрицательным.

Темп роста популяции – средний прирост за ее единицу времени.

6. Биоценоз. Важнейшие особенности биоценозов. Структура биоценоза. Отношения организмов в биоценозе

Биоценоз ( от греч. bios – жизнь, koinos – общий) – организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих в практически одних и тех же условиях.

Компоненты биоценоза: фитоценоз – растительность, зооценоз – животный мир, микробоценоз – микроорганизмы.

Важнейшими особенностями систем, относящихся к надорганизменному уровню организации жизни, по В. Тишлеру (1971), являются следующие.

1. Сообщества всегда возникают, складываются из готовых частей (представителей различных видов или целых комплексов видов), имеющихся в окружающей среде.

2. Части сообщества заменяемы.

3. Сообщества существуют главным образом за счет уравновешивания противоположно направленных сил.

4. Сообщества основаны на количественной регуляции численности одних видов другими.

5. Предельные размеры организма ограничены его внутренней, наследственной программой.

Сообщества часто имеют расплывчатые границы, иногда неуловимо переходя одно в другое.

Согласно классификации В.Н. Беклемишева (1951 г.), прямые и косвенные межвидовые отношения подразделяются на четыре типа:

1. трофические связи возникают в том случае, когда один вид питается другим;

2. топические связи отражают любое (физическое или химическое) изменение условий обитания одного вида вследствие жизнедеятельности другого;

3. форические связи проявляются в том, что один вид участвует в распространении другого;

фабрические связи относятся к такому типу биоценотических отношений, в которые вступает вид, использующий для своих сооружений (фабрикаций) продукты выделения, либо мертвые остатки, либо даже живых особей другого вида.

---

7. Понятие экологической системы. Структура экосистем и их классификация

Экосистема – это совокупность организмов и неорганических компонентов окружающей их среды, в которой может осуществляться круговорот веществ. Термин предложен в 1935 году английским экологом А. Тенсли.

С биологической точки зрения, в составе экосистемы выделяют следующие компоненты:

1. неорганические вещества (C, N, CO₂, H₂O и др.);

2. органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и т.д.), связывающие биотическую и абиотическую части;

3. воздушную, водную и субстратную среду, включающую климатический режим и другие физические факторы;

4. продуцентов;

5. консументов;

6. редуцентов.

8. Принципы функционирования экосистем

Первый (основной) принцип функционирования экосистем: получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.

Второй основной принцип функционирования экосистем: они существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

Третий основной принцип функционирования экосистем: чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень, или иначе: на конце длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

9. Типы питания

Питанием называется процесс потребления энергии и вещества.

Автотрофами (от греч. autos – сам, trof – кормиться, питаться) называют организмы, берущие нужные им для жизни химические элементы из окружающей их костной материи и не требующие для построения своего тела готовых органических соединений другого организма. Основной источник энергии, используемый автотрофами, – Солнце.

Автотрофы подразделяются на фотоавтотрофы и хемоавтотрофы. Фотоавтотрофы используют в качестве источника энергии солнечный свет, хемоавтотрофы используют энергию окисления неорганических веществ.

Гетеротрофы (от греч. geter – другой) – организмы, нуждающиеся для своего питания в органическом веществе, образованном другими организмами. Гетеротрофы способны разлагать все вещества, образуемые автотрофами, и многие из тех, что синтезирует человек.

Между организмами биоценоза возникают и устанавливаются прочные пищевые взаимоотношения или цепь питания, которая состоит из трех основных звеньев: продуцентов, консументов и редуцентов.

10. Динамические процессы в экологических системах. Гомеостаз биогеоценозов

Циклический тип изменения сообществ отражает суточную, сезонную и многолетнюю периодичность внешних условий и проявления эндогенных (внутренних) ритмов организмов.

Поступательные изменения в сообществе приводят в конечном итоге к смене этого сообщества другим, с иным набором господствующих видов. Причиной подобных смен могут быть внешние по отношению к биоценозу факторы, длительное время воздействующие в одном направлении, например, иссушение болотных почв.

---

Гомеостаз – состояние внутреннего динамического равновесия организма или природной системы, поддерживаемое регулярным возобновлением и постоянной саморегуляцией.

11. Сукцессия

Сукцессия (от лат. succesio – преемственность): последовательная необратимая смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных факторов или воздействия человека. Первичной сукцессией называется процесс развития и смены биоценозов на незаселенных ранее участках, начинающийся с колонизации последних. Известный пример – постепенное обрастание голой скалы с развитием в конечном итоге на ней леса. Вторичная сукцессия происходит на месте сформировавшегося ранее биоценоза после его нарушения по какой-либо причине (пожар, вырубка леса, засуха и т.п.).

Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы, размножаясь, сохраняют относительно постоянную численность, и дальнейшей смены ее состава не происходит. Такое равновесное состояние называют климаксом, а экосистему – климаксовой.

Список рекомендуемой литературы

1. Николайкин Н. И. Экология : учебник для вузов / Н. И. Николайкин, Н. Е. Николайкина, О. П. Мелихова. − 4-е изд. испр. и доп. М. : Дрофа, 2005. − 622 с.

2. Степановских А. С. Экология : учебник для вузов / А. С. Степановских. − Москва, ЮНИТИ, 2003. − 703 с.

3. Экология : учебное пособие для вузов / под ред. В. В. Денисова – изд. 3-е, испр. и доп. − М. : МАРТ, 2006. – 768 с.

4. Экология и безопасность жизнедеятельности / под ред. Л. А. Муравья. − М. : ЮНИТИ-ДАНА, 2002. – 447 с.

---

Смотрите также файлы

• вопросы к экзамену по аудиту.doc

• bu.doc

• положение о вкр.doc

• оформление реферата.doc

• model.doc