Экосистемы в экологии

Наиболее опасны для живых организмов факторы неопределенного действия. Природные системы обладают способностью хорошо восстанавливаться после острых стрессов, типа пожаров и бурь. Более того, многие растения даже нуждаются в случайных стрессах, для поддержания “жизненного тонуса”, повышающего устойчивость существования. Но малозаметные хронические нарушения, особенно характерные для антропогенного влияния на природу, дают слабые реакции, поэтому их трудно отследить, а самое главное трудно оценить их последствия. Поэтому адаптации к ним формируются крайне медленно, иногда гораздо медленней, чем время накопления последствий хронического стресса сверх пределов, после которых экосистема разрушается. Особенно опасны промышленные отходы, содержащие новые химические вещества, с которыми природа еще не сталкивалась. Одним из опаснейших стрессоров является тепловое загрязнение среды. Умеренное повышение температуры может оказать на жизнь положительное воздействие, но после определенного предела начинают проявляться стрессовые эффекты. Особенно это заметно в водоемах, непосредственно связанных с тепловыми электростациями.

Экологическая валентность, степень приспособляемости живого организма к изменениям условий среды. Экологическая валентность представляет собой видовое свойство. Количественно она выражается диапазоном изменений среды, в пределах которого данный вид сохраняет нормальную жизнедеятельность. Экологическая валентность может рассматриваться как в отношении реакции вида на отдельные факторы среды, так и в отношении комплекса факторов. В первом случае виды, переносящие широкие изменения силы воздействующего фактора, обозначаются термином, состоящим из названия данного фактора с приставкой «эври» (эвритермные -- по отношению к влиянию температуры, эвригалинные -- к солёности, эврибатные -- к глубине и т.п.); виды, приспособленные лишь к небольшим изменениям данного фактора, обозначаются аналогичным термином с приставкой «стено» (стенотермные, стеногалинные и т.п.). Виды, обладающие широкой Экологическая валентность по отношению к комплексу факторов, называются эврибионтами в противоположность стенобионтам, обладающим малой приспособляемостью. Поскольку эврибионтность даёт возможность заселения разнообразных мест обитания, а стенобионтность резко суживает круг пригодных для вида стаций, эти две группы часто называют соответственно эвриили стенотопными.

Давление человека на среду уже  превышает все мыслимые пределы. Но оно к тому же и растет с  каждым годом.

7. Биотические  факторы и их описание.

Биотические факторы -- (от греч. biotikos - жизненный), совокупность влияний, оказываемых  на живые организмы деятельностью других организмов. Одни живые существа служат пищей для других, способствуют их размножению (насекомые-опылители) и расселению (перенос семян различными животными), оказывают хим. воздействие (токсины бактерий, антибиотики, фитонциды и др.), могут быть средой их обитания (напр., хозяева для паразитов) и т. д. Действие Б. ф. может быть и косвенным, напр. растения, почвенные микроорганизмы и животные могут изменять состав и структуру почвы и тем самым влиять на др. организмы. Действия Б. ф, в наиб, отчётливой форме проявляются в природных сообществах организмов - биоценозах и в создаваемых человеком агробиоценозах (напр., влияние сорных растений на урожайность с.-х. культур, почвенной фауны на структуру почвы и др.).

К важнейшим биотическим факторам относятся наличие пищи, пищевые конкуренты и хищники.

1. Общая закономерность действия  биотических факторов

Большую роль в жизни каждого  сообщества играют условия среды  обитания организмов. Любой элемент  среды, оказывающий прямое воздействие на живой организм, называют экологическим фактором (например, климатические факторы).

Различают абиотические и биотические  экологические факторы. К абиотическим факторам относят солнечную радиацию, температуру, влажность, освещенность, свойства почвы, состав воды.

Важным экологическим фактором для популяций животных считают  пищу. Количество и качество пищи влияют на плодовитость организмов (их рост и  развитие), продолжительность жизни. Установлено, что мелким организмам необходимо больше пищи в расчете на единицу массы, чем крупным; теплокровным - больше, чем организмам с непостоянной температурой тела. Например, синице лазоревке при массе тела в 11 г необходимо ежегодно потреблять пищи в размере 30% от ее массы, певчему дрозду при массе 90 г - 10%, а сарычу при массе в 900 г - всего 4,5%.

К биотическим факторам относят  различные взаимоотношения между  организмами в природном сообществе. Различают взаимоотношения особей одного вида и особей разных видов. Взаимоотношения особей одного вида имеют большое значение для его выживания. Многие виды могут нормально размножаться только тогда, когда они живут довольно многочисленной группой. Так, баклан нормально живет и размножается, если в его колонии насчитывается не меньше 10 тыс. особей. Принцип минимального размера популяции объясняет, почему редкие виды трудно спасти от исчезновения. Для выживания африканских слонов в стаде должно быть не меньше 25 особей, а северных оленей - 300-400 голов. Совместная жизнь облегчает поиски пищи и борьбу с врагами. Так, только стая волков может поймать добычу крупных размеров, а стадо лошадей и бизонов может успешно обороняться от хищников.

В то же время чрезмерное увеличение численности особей одного вида приводит к перенаселению сообщества, обострению конкуренции за территорию, пищу, лидерство в группе.

Взаимоотношения особей разных видов  в сообществе могут быть независимыми. Часто складываются конкурентные взаимоотношения. Особи разных видов конкурируют  за пищу, территорию. Существуют симбиотические взаимоотношения, когда особи одного вида могут жить и размножаться только в присутствии другого вида. Различают также и такие типы отношений между особями разных видов, как сотрудничество, паразитизм, хищничество. Все формы внутривидовых и межвидовых взаимоотношений в сообществе относят к действию биотических факторов.

Изучением взаимоотношений особей одного вида в сообществе занимается популяционная экология. Главная  задача популяционной экологии - изучение численности популяций, ее динамики, причин и последствий изменения  численности.

Популяции разных видов, длительное время  обитающие совместно на определенной территории, образуют сообщества, или  биоценозы. Сообщество разных популяций  взаимодействует с экологическими факторами среды, вместе с которыми оно образует биогеоценоз.

Большое воздействие на существование  особей одного и разных видов в  биогеоценозе оказывает лимитирующий, или ограничивающий, фактор среды, то есть недостаток того или иного ресурса. Для особей всех видов лимитирующим фактором может быть низкая или высокая температура, для обитателей водных биогеоценозов - соленость воды, содержание кислорода. Например, распространение организмов в пустыне ограничивается высокой температурой воздуха. Изучением ограничивающих факторов занимается прикладная экология.

Для хозяйственной деятельности человека важно знать лимитирующие факторы, которые ведут к снижению продуктивности сельскохозяйственных растений и животных, к уничтожению насекомых-вредителей. Так, ученые установили, что ограничивающим фактором для личинок жука-щелкуна является очень низкая или очень высокая влажность почвы. Поэтому для борьбы с этим вредителем сельскохозяйственных растений проводят осушение или сильное увлажнение почвы, что приводит к гибели личинок.

Экология изучает взаимодействие организмов, популяций, сообществ между собой, воздействие на них факторов среды обитания. Аутэкология изучает связи особей со средой, а синэкология - взаимосвязи популяций, сообществ и среды обитания. Различают абиотические и биотические экологические факторы. Для существования особей, популяций важное значение имеют лимитирующие факторы. Большое развитие получила популяционная и прикладная экология. Достижения экологии используются для разработки мер охраны видов и сообществ, в сельскохозяйственной практике.

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.

Конкуренция бывает внутривидовая  и межвидовая.

Если численность популяции  невелика, то внутривидовая конкуренция  выражена слабо и ресурсы имеются  в изобилии.

При высокой плотности популяции  интенсивная внутривидовая конкуренция  снижает наличие ресурсов до уровня, сдерживающего дальнейший рост, тем самым регулируется численность популяции. Межвидовая конкуренция - взаимодействие между популяциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости. При завозе в Британию из Северной Америки каролинской белки уменьшилась численность обыкновенной белки, т.к.

каролинская белка оказалась более  конкурентоспособной. Конкуренция  бывает прямая и косвенная. Прямая - это внутривидовая конкуренция, связанная с борьбой за место  обитания, в частности защита индивидуальных участков у птиц или животных, выражающейся в прямых столкновениях.

При недостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси, хищные клопы, пауки, крысы, щука, окунь  и т.д.) Косвенная - между кустарниками и травянистыми растениями в Калифорнии.

8. Биосфера 

8.1. Биосфера: функции  живого вещества.

Живое вещество по составу есть вся  совокуп-ность живых организмов, обитающих в биосфере. Живое вещество имеет биомассу, обладает продук-тивностью  и имеет особенные по сравнению с кос-ным веществом свойства. Эти свойства обеспечива-ют важнейшие функции живого вещества.

1. Энергетическая функция. Она определяется свойствами светочувствительного вещества хлоро-филла зеленых растений, с помощью которого рас-тения улавливают, аккумулируют солнечную энер-гию, преобразуют ее в энергию химических связей молекул органических веществ. Органические ве-щества, созданные зелеными растениями, служат источником энергии для представителей иных царств живых существ.

2. Транспортная функция. Пищевые взаимодействия живого вещества приводят к перемещению огромных масс химических элементов и веществ против сил тяжести и в горизонтальном направле-нии. В этом перемещении заключается транспорт-ная функция живого вещества.

3. Деструктивная функция. Минерализация ор-ганических веществ, разложение отмершей органи-ки до простых неорганических соединений опреде-ляет деструктивную функцию живого вещества. Данную функцию в основном выполняют грибы, бактерии.

4. Концентрационная функция есть накопление определенных веществ в живых существах. Рако-вины моллюсков, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных -- все это примеры проявления концентрационной функции живого вещества.

5. Живое вещество преобразует  физико-хими-ческие параметры среды.  В этом проявляется еще одна главная функция живого вещества -- средообразующая. Например, леса регулируют поверхност-ный сток, увеличивают влажность воздуха, обога-щают атмосферу кислородом.

8.2. Биосфера: глобальный  биогеохимический круговорот веществ,  потоки энергии.

Жизнь существует миллиарды лет. Неорганическое вещество постоянно потребляется из окружающей среды. За это время оно  могло быть израсходовано, потому что  количество вещества на Земле конечно. Конечное количество вещества в биосфере приобрело свойство бесконечности через круговорот веществ. Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления распада органического вещества обеспе-чивают постоянный круговорот вещества и энергии.

Биогеохимический круговорот веществ -- это повторяющиеся взаимосвязанные физические, хи-мические и биологические процессы превращения и перемещения вещества в природе.

Движущими силами биогеохимического  круговорота служат потоки энергии  Солнца и деятель-ность живого вещества. В результате биогеохимического круговорота происходит перемещение огромных масс химических элементов, концентрация и перераспределение аккумулированной в процессе фотосинтеза энергии.

Биогеохимический круговорот в  биосфере является не полностью замкнутым, незначительная часть вещества «захороняется». Это привело к то-му, что в атмосфере накопился биогенный кислород, а в земной коре -- различные химические элементы и соединения.

Весь живой мир получает необходимую  энергию из органических веществ, созданных  фотосинтезирующими растениями или хемосинтезирующими микроорганизмами. Основной канал передачи энергии -- это пищевая цепь от источника пищи растений, или продуцентов, к консументам и редуцентам. При этом образуются соответствующие трофические уровни.

При каждом очередном переносе с одного трофического уровня на другой большая часть энергии (до 90%) теряется в виде тепла. Это ограничивает число звеньев -- чем короче цепь, тем больше количество доступной энергии.

Таким образом, жизнь на нашей планете  осуще-ствляется как постоянный круговорот веществ, поддерживаемый потоком солнечной энергии.

8.3. Биосфера: защитные  экраны.

Биосфера тесно связана  с космической средой. Каждую секунду  на площадь в 1 м? через границу  земной атмосферы из космоса в  направлении земной поверхности влетает более 1000 заряженных частиц. Космическое излучение смогло бы за короткий срок разложить на ионы и электроны весь воздух атмосферы. Жизнь на Земле стала бы невозможна. Однако этого не происходит, так как Земля защищена от космических лучей магнитным полем. Линии земного магнитного поля отражают космические лучи, обладающие малой энергией, и они, как правило, не могут проникнуть в нижние слои атмосферы. Лишь космические лучи с очень большой энергией способны пробить земное магнитное поле и долететь до поверхности Земли, независимо от географической широты.

В магнитосфере заряженные частицы в основном удерживаются линиями магнитного поля. При поступлении  очередной порции частиц некоторая  их часть как бы «стряхиваемся» в  атмосферу. Это создает электрические токи и является причиной геомагнитных бурь.

Еще одним защитным экраном  Земли является озоновый экран. Озоносфера (озоновый экран) состоит из озона -- газа синего цвета с резким запахом. Высота его расположения от 10 до 15 км, максимум -- 20--25 км. Озон формируется в стратосфере, когда под воздействием ультрафиолетовых лучей молекулы кислорода распадаются на свободные атомы, которые могут присоединяться к другим его молекулам. Возможна и иная реакция -- свободные атомы кислорода могут присоединяться к молекулам озона с образованием двух молекул кислорода. В стратосфере озон поглощает ультрафиолетовые лучи солнечной радиации, тем самым защищая все живое. В последние годы отмечается истощение озонового слоя. Основной причиной истощения является применение хлорфторуглеводородов -- фреонов, широко используемых в производстве и быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей, аэрозолей. Фреоны катализируют процесс разложения озона, нарушая равновесие между ним и кислородом в сторону уменьшения концентрации озона.