МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Карагандинский государственный университет им.академика Е.А.Букетова
Факультет биолого-географический Кафедра ботаники
Специальность (направление) экология
КУРСОВАЯ РАБОТА
На тему:
«Окружающая среда, условия существования, понятие о факторах»
Выполнила студент
5курса гр. ЗЭКН-52
Острецова К. С.
Караганда 2010
ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА
среда обитания и производственной деятельности человечества. Как правило, под термином «Окружающая среда» понимается окружающая природная среда; в таком значении он используется в международных соглашениях, в том числе между странами — членами СЭВ. Нередко в понятие «Окружающая среда». включают элементы, составляющие искусственную среду (жилые строения, промышленные предприятия и др. инженерные сооружения). Естественный ареал распространения человека как биологического вида определяется природными условиями, однако по мере развития общественного производства и техники сфера деятельности человека значительно расширилась и практически охватила всю географическую оболочку. Человеческое общество существенно изменило Окружающую среду в процессе её хозяйственного освоения.
Воздействие человека на «Окружающая среда». становится всё более ощутимым, причём особенно резко оно усилилось в условиях современной научно-технической революции. В разной степени изменению подверглись все природные компоненты окружающей среды. Люди одомашнили многие виды животных и создали культурные растения, но в то же время истребили многих диких животных (в т. ч. десятки видов млекопитающих и птиц) и уничтожили целые биоценозы. Площадь лесов на Земле сократилась со времени неолита примерно в 2 раза, на месте естественной растительности появились обрабатываемые земли, возникли вторичные леса и саванны, заросли кустарников, пустоши, луга. Облик земной поверхности значительно изменяют также и инженерные сооружения, направленные на преобразование речных систем, создание каналов, водохранилищ и т.п. При строительных работах и добыче полезных ископаемых ежегодно перемещаются огромные массы горных пород.
Естественная производительность многих ландшафтов в результате воздействия человека резко возросла; на территориях, улучшенных с помощью осушения, искусственного орошения, защитных лесных полос, а местами отвоёванных у моря (например, польдеры в Нидерландах), возникли культурные ландшафты. Однако вмешательство человека в регулирование природных процессов не всегда приносит желаемые положительные результаты, т.к. трудно правильно оценить отдалённые последствия такого воздействия. Нарушение хотя бы одного из природных компонентов приводит, в силу существующих между ними взаимосвязей, к перестройке сложившейся структуры природно-территориальных комплексов. Так, вырубка леса, распашка почвы, чрезмерная перегрузка пастбищ служат причинами нарушения почвенного покрова, изменения водного баланса, развития эрозии, образования пыльных бурь, прививания песков, заболачивания и т.п.
Особенно серьёзную угрозу для окружающей среды. представляют изменения, если они осуществляются без учёта условий её сохранения, — интенсивное развитие ряда ведущих отраслей энергетики и обрабатывающей промышленности (переработка нефти, ядерная энергетика, химическая промышленность, цветная металлургия и др.), химизация сельского хозяйства, рост автомобильного, водного и авиационного транспорта. Непосредственным следствием этого является загрязнение поверхности суши, гидросферы и атмосферы. Возросла интенсивность загрязнения Мирового океана, особенно нефтепродуктами, ежегодное поступление которых в воды океанов оценивается в 10 млн. т. Образуя на поверхности воды плёнку, затрудняющую газо- и водообмен между океаном и атмосферой, нефтепродукты резко ухудшают условия развития морских организмов. Ежегодно промышленные предприятия и транспорт выбрасывают в атмосферу около 1 млрд. т аэрозолей и газов (в т. ч. угарный газ, сернистый ангидрид, окислы азота), приблизительно столько же сажи; в водоёмы поступает свыше 500 млрд. т промышленно-бытовых стоков. В крупных промышленных центрах капиталистических стран содержание ядовитых примесей в воздухе превышает предельно допустимые концентрации, что часто ведёт к опасным заболеваниям населения. Ядовитые примеси из воздуха и водоёмов вовлекаются в планетарный влагооборот, переносятся воздушными течениями на большие расстояния, попадают в почвенные растворы, концентрируются в растениях, откуда поступают в организмы животных и человека.
К важным побочным следствиям воздействия производства на окружающую среду относится энергетический эффект. При ежегодном сжигании 7 млрд. т условного топлива выделяется свыше 12,5•1016 кдж (3•1016 ккал) тепла. Кроме того, при сгорании топлива в атмосферу ежегодно поступает свыше 20 млрд. т углекислоты, растущая концентрация которой усугубляет опасность перегрева воздуха и земной поверхности вследствие парникового эффекта.
Загрязнение окружающей среды, ухудшая её экологические качества, способствует возникновению экологического кризиса, который особенно остро проявляется в ряде городов и промышленных районов США, Японии, ФРГ и некоторых др. капиталистических стран. Многие капиталистические страны вынуждены принимать меры по защите О. с., но их эффективность сдерживается частной собственностью на землю и средства производства и сопротивлением со стороны монополий. В СССР и др. социалистических странах мероприятия по охране природы и рациональному использованию естественных ресурсов носят плановый характер.
Оптимизация взаимодействия окружающей среды и человеческого общества предусматривает не только охрану природы и рациональное использование ресурсов, но и активное её преобразование на основе новой технологии использования сырья (безотходное производство) и получения энергии. Для практического решения этой проблемы необходимы всестороннее исследование техногенных изменений природной среды на всех уровнях (от местного до планетарного), изучение степени устойчивости природных ландшафтов по отношению к воздействию человека, оценка их способности к саморегулированию и восстановлению, прогнозирование их дальнейшего поведения.
Особое влияние на здоровье человека оказывает Урбанизация. Наряду со значительным улучшением санитарного состояния многих территорий, снижением инфекционных заболеваний возникли новые болезнетворные (патогенные) факторы. В современных условиях санитарной меры по охране воздушного бассейна, природных вод и др. элементов окружающей среды, проводимые в рамках одной страны, уже недостаточны. В обращении «К народам мира», принятом на совместном торжественном заседании Верховного Совета СССР и Верховного Совета РСФСР 22 декабря 1972 в связи с 50-летием образования СССР, подчёркивается необходимость объединения и активизации усилий всех народов земного шара по сохранению и восстановлению окружающей человека среды.
«Окружа́ющая среда́» — обобщенное понятие, характеризующее природные условия в конкретно избранном месте и экологическое состояние данной местности. Как правило, применение термина относится к описанию природных условий на поверхности Земли, состоянию её локальных и глобальных экосистем, включая неживую природу, и их взаимодействие с человеком.
Благоприятная окружающая среда — окружающая среда, качество которой обеспечивает устойчивое функционирование естественных экологических систем, природных и природно-антропогенных объектов.
Среда обитания
Часть природы (совокупность конкретных абиотических и биотических условий), непосредственно окружающая живые организмы и оказывающая прямое или косвенное влияние на их состояние, рост, развитие, размножение, выживаемость и т. п., — это и есть среда обитания. На нашей планете организмы освоили четыре основные среды обитания: водную, наземную (воздушную), почвенную и тело другого организма, используемое паразитами и полу паразитами.
От понятия «среда обитания» следует отличать понятие «условия существования» — совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организмы не могут существовать (свет, тепло, влага, воздух, почва). В отличие от них другие факторы среды хотя и оказывают существенное влияние на организмы, но не являются для них жизненно необходимыми (например, ветер, естественное и искусственное ионизирующее излучение, атмосферное электричество и др.).
В.И.Вернадский о биосфере и “живом веществе”.
Центральным в этой концепции является понятие о живом веществе,
которое В.И.Вернадский определяет как совокупность живых организмов. Кроме растений и животных, В.И.Вернадский включает сюда и человечество, влияние которого на геохимические процессы отличается от воздействия остальных живых существ, во-первых, своей интенсивностью, увеличивающейся с ходом геологического времени; во-вторых, тем воздействием, какая деятельность людей оказывает на остальное живое вещество.
Это воздействие сказывается, прежде всего, в создании многочисленных новых видов культурных растений и домашних животных. Такие виды не существовали раньше и без помощи человека либо погибают, либо превращаются в дикие породы. Поэтому Вернадский рассматривает геохимическую работу живого вещества в неразрывной связи животного, растительного царства и культурного человечества как работу единого целого.
По мнению В.И.Вернадского, в прошлом не придавали значения двум
важным факторам, которые характеризуют живые тела и продукты их
жизнедеятельности:
открытию Пастера о преобладании оптически активных соединений, связанных с дисимметричностью пространственной структуры молекул, как отличительной особенности живых тел;
явно недооценивался вклад живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, которые В.И.Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т. д.), а также и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.
Поскольку живое вещество является определяющим компонентом биосферы, постольку можно утверждать, что оно может существовать и развиваться только в рамках целостной системы биосферы. Не случайно поэтому В.И.Вернадский считает, что живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с ней связаны, являются огромной геологической силой, ее определяющей.
Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней
биогеохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты и в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к эклиптике, или к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в основном климат на планете, а последний в свою очередь – жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете. Эту ее роль образно выразил один из авторов закона сохранения и превращения энергии Юлиус Майер (1814 – 1878), отметивший, что жизнь есть создание солнечного луча.
Решающее отличие живого вещества от косного заключается в следующем:
изменения и процессы в живом веществе происходят значительно быстрее, чем в косных телах. Поэтому для характеристики изменений в живом веществе используется понятие исторического, а в косных телах – геологического времени. Для сравнения отметим, что секунда геологического времени соответствует примерно ста тысячам лет исторического;
в ходе геологического времени возрастают мощь живого вещества и его
воздействие на косное вещество биосферы. Это воздействие, указывает В.И. Вернадский, проявляется прежде всего "в непрерывном биогенном токе атомов из живого вещества в косное вещество биосферы и обратно";
только в живом веществе происходят качественные изменения организмов в ходе геологического времени. Процесс и механизмы этих изменений впервые нашли объяснение в теории происхождения видов путем естественного отбора Ч.Дарвина (1859 г.);
живые организмы изменяются в зависимости от изменения окружающей среды, адаптируются к ней и, согласно теории Дарвина, именно постепенное накопление таких изменений служит источником эволюции.
В.И.Вернадский высказывает предположение, что живое вещество,
возможно, имеет и свой процесс эволюции, проявляющийся в изменении с ходом геологического времени, вне зависимости от изменения среды.
Для подтверждения своей мысли он ссылается на непрерывный рост
центральной нервной системы животных и ее значение в биосфере, а также на особую организованность самой биосферы. По его мнению, в упрощенной модели эту организованность можно выразить так, что ни одна из точек биосферы "не попадает в то же место, в ту же точку биосферы, в какой когда-нибудь была раньше” . В современных терминах это явление можно описать как необратимость изменений, которые присущи любому процессу эволюции и развития.
Непрерывный процесс эволюции, сопровождающийся появлением новых видов организмов, оказывает воздействие на всю биосферу в целом, в том числе и на природные биокосные тела, например, почвы, наземные и подземные воды и т.д. Это подтверждается тем, что почвы и реки девона совсем другие, чем третичной и тем более нашей эпохи. Таким образом, эволюция видов постепенно распространяется и переходит на всю биосферу.
Поскольку эволюция и возникновение новых видов предполагают
существование своего начала, постольку закономерно возникает вопрос: а есть ли такое начало у жизни? Если есть, то где его искать – на Земле или в Космосе? Может ли возникнуть живое из неживого?
Над этими вопросами на протяжении столетий задумывались многие
религиозные деятели, представители искусства, философы и ученые.
В.И.Вернадский подробно рассматривает наиболее интересные точки зрения, которые выдвигались выдающимися мыслителями разных эпох, и приходит к выводу, что никакого убедительного ответа на эти вопросы пока не существует. Сам он как ученый вначале придерживался эмпирического подхода к решению указанных вопросов, когда утверждал, что многочисленные попытки обнаружить в древних геологических слоях Земли следы присутствия каких-либо переходных форм жизни не увенчались успехом. Во всяком случае некоторые останки жизни были обнаружены даже в докембрийских слоях, насчитывающих 600 миллионов лет. Эти отрицательные результаты, по мнению В.И.Вернадского, дают возможность высказать предположение, что жизнь как материя и энергия
существует во Вселенной вечно и поэтому не имеет своего начала. Но такое предположение есть не больше, чем эмпирическое обобщение, основанное на том, что следы живого вещества до сих пор не обнаружены в земных слоях. Чтобы стать научной гипотезой, оно должно быть согласовано с другими результатами научного познания, в том числе и с более широкими концепциями естествознания и философии. Во всяком случае нельзя не считаться со взглядами тех натуралистов и философов, которые защищали тезис о возникновении живой материи из неживой, а в настоящее время даже выдвигают достаточно обоснованные гипотезы и модели происхождения жизни.
Предположения относительно абиогенного, или неорганического,
происхождении жизни делались неоднократно еще в античную эпоху, например, Аристотелем, который допускал возможность возникновения мелких организмов из неорганического вещества. С возникновением экспериментального естествознания и появлением таких наук, как геология, палеонтология и биология, такая точка зрения подверглась критике как не обоснованная эмпирическими фактами. Еще во второй половине XVII в. Широкое распространение получил принцип, провозглашенный известным флорентийским врачом и натуралистом Ф.Реди, что все живое возникает из живого.
Утверждению этого принципа содействовали исследования знаменитого английского физиолога Уильяма Гарвея (1578 – 1657), который считал, что всякое животное происходит из яйца, хотя он и допускал возможность возникновения жизни абиогенным путем.
В дальнейшем, по мере проникновения физико-химических методов в
биологические исследования снова и все настойчивее стали выдвигаться
гипотезы об абиогенном происхождении жизни. Выше мы уже говорили о химической эволюции как предпосылке возникновения предбиотической, или предбиологической, стадии возникновения жизни. С указанными результатами не мог не считаться В.И. Вернадский, и поэтому его взгляды по этим вопросам не оставались неизменными, но, опираясь на почву точно установленных фактов, он не допускал ни божественного вмешательства, ни земного происхождения жизни. Он перенес возникновение жизни за пределы Земли, а также допускал возможность ее появлении в биосфере при определенных условиях. Он писал: “Принцип Реди... не указывает на невозможность абиогенеза вне биосферы или при установлении наличия в биосфере (теперь или раньше) физико-химических
явлений, не принятых при научном определении этой формы организованности земной оболочки.”.
Несмотря на некоторые противоречия, учение Вернадского о биосфере
представляет собой новый крупный шаг в понимании не только живой природы, но и ее неразрывной связи с исторической деятельностью человечества.
Биогеоценоз
Биогеоценоз (от био..., гео... и греч. koinós — общий), взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии; одна из наиболее сложных природных систем. К живым компонентам Биогеоценоз относятся автотрофные организмы (фотосинтезирующие зелёные растения и хемосинтезирующие микроорганизмы) и гетеротрофные организмы (животные, грибы, многие бактерии, вирусы), к косным — приземный слой атмосферы с её газовыми и тепловыми ресурсами, солнечная энергия, почва с её водо-минеральными ресурсами и отчасти кора выветривания (в случае водного Биогеоценоз — вода). В каждом Биогеоценоз сохраняется как однородность (гомогенная или чаще мозаичногомогенная) состава и строения компонентов, так и характер материально-энергетического обмена между ними. Особенно важную роль в Биогеоценоз играют зеленые растения (высшие и низшие), дающие основную массу живого вещества. Они производят первичные органические материалы, вещество и энергия которых используются самими растениями и по цепям питания передаются всем гетеротрофным организмам. Зелёные растения через процессы фотосинтеза, дыхания поддерживают баланс кислорода и углекислого газа в воздухе, а через транспирацию участвуют в круговороте воды. В результате отмирания организмов или их частей происходит биогенная миграция и перераспределение в почве элементов питания (N, P, К, Ca и др.). Наконец, зелёные растения прямо или косвенно определяют состав и пространственное размещение в Биогеоценоз животных и микроорганизмов. Роль в Биогеоценоз хемотрофных микроорганизмов менее значительна. Гетеротрофы по специфике своей деятельности в Биогеоценоз могут быть разделены на потребителей, трансформирующих и отчасти разлагающих органические вещества живых организмов, и разрушителей, или деструкторов (грибы, бактерии), разлагающих сложные органические вещества в отмерших организмах или их частях до простых минеральных соединений. При всех превращениях происходят потеря первоначально накопленной энергии и рассеяние её в окружающем пространстве в форме тепла. В функционировании Биогеоценоз велика роль почвенных животных — сапрофагов, питающихся органическими остатками отмерших растений, и почвенных микроорганизмов (грибов, бактерий), разлагающих и минерализующих эти остатки. От их деятельности в значительной мере зависят структура почвы, образование гумуса, содержание в почве азота, превращение ряда минеральных веществ и многие другие свойства почвы. Без гетеротрофов невозможно было бы ни завершение биологического круговорота веществ, ни существование автотрофов, ни самого Биогеоценоз Косные компоненты Биогеоценоз служат источником энергии и первичных материалов (газов, воды, минеральных веществ). Материально-энергетический обмен между компонентами Биогеоценоз показан на помещенной ниже схеме Биогеоценоз (по А. А. Молчанову; приход и расход энергии выражены в ккал на 1 га).
Переход одного Биогеоценоза в другой в пространстве или во времени сопровождается сменой состояний и свойств всех его компонентов и, следовательно, сменой характера биогеоценотического метаболизма. Границы Биогеоценоз могут быть прослежены на многих из его компонентов, но чаще они совпадают с границами растительных сообществ (фитоценозов). Толща Биогеоценоз не бывает однородной ни по составу и состоянию его компонентов, ни по условиям и результатам их биогеоценотической деятельности. Она дифференцируется на надземную, подземную, подводную части, которые в свою очередь делятся на элементарные вертикальные структуры — био-геогоризонты, очень специфичные по составу, структуре и состоянию живых и косных компонентов. Для обозначения горизонтальной неоднородности, или мозаичности, Биогеоценоз введено понятие биогеоценотических парцелл (см. рис.). Как и Биогеоценоз в целом, это понятие комплексное, т.к. в состав парцеллы на правах участников обмена веществ и энергии входят растительность, животные, микроорганизмы, почва, атмосфера.
Биогеоценоз — динамичная система. Он непрерывно изменяется и развивается в результате внутренних противоречивых тенденций его компонентов. Изменения Биогеоценоз могут быть кратковременными, обусловливающими легко обратимые реакции компонентов Биогеоценоз (суточные, погодные, сезонные), и глубокими, ведущими к необратимым сменам в состоянии, структуре и общем метаболизме Биогеоценоз и знаменующими смену (сукцессию) одного Биогеоценоз другим. Они могут быть медленными и быстрыми; последние часто происходят под влиянием внезапных перемен в результате стихийных причин или хозяйственной деятельности человека (не только преобразующего и разрушающего природные Б, но и создающего новые, культурные Биогеоценоз). Наряду с динамичностью, Биогеоценоз присуща и устойчивость во времени, которая обусловлена тем, что современные природные Биогеоценоз — результат длительной и глубокой адаптации живых компонентов друг к другу и к компонентам косной среды. Поэтому Биогеоценоз, выведенные из устойчивого состояния той или иной причиной, после её устранения могут восстанавливаться в форме, близкой к исходной. Биогеоценоз, близкие по составу и структуре компонентов, по метаболизму и направлению развития, относят к одному типу Биогеоценоз, который является основной единицей биогеоценологической классификации. Совокупность Биогеоценоз всей Земли образует биогеоценотический покров, или биогеосферу. Изучение Биогеоценоз и биогеосферы составляет задачу науки — биогеоценологии.
Понятие Биогеоценоз введено В. Н. Сукачевым (1940), что явилось логическим развитием идей русских учёных В. В. Докучаева, Г. Ф. Морозова, Г. Н. Высоцкого и др. о связях живых и косных тел природы и идей В. И. Вернадского о планетарной роли живых организмов. Биогеоценоз в понимании В. Н. Сукачева близко к экосистеме в толковании английского фитоценолога А. Тенсли, но отличается определённостью своего объёма. Биогеоценоз — элементарная ячейка биогеосферы, понимаемая в границах конкретных растительных сообществ, тогда как экосистема — понятие безразмерное и может охватывать пространство любой протяжённости — от капли прудовой воды до биосферы в целом.
Компонентный состав биогеоценозов
В переводе на простой язык, "Биогеоценоз это вся совокупность видов и вся совокупность факторов среды, определяющих существование данной экосистемы с учетом неизбежного антропогенного воздействия". Последнее добавление с учетом неизбежного антропогенного воздействия – дань современности. Во времена В.Н. Сукачева не было необходимости относить антропогенный фактор к основным средообразующим, каковым он является сейчас. Но и тогда было понятно, что компоненты биогеоценоза (рис. 1) не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой.
Биоценоз, или биологическое сообщество совокупность совместно обитающих трех компонентов: растительности (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробоценоз: совокупность микробов, бактерий, простейших). Каждый из компонентов представлен множеством особей разных видов популяцией.
Роль всех компонентов: растений, животных и микроорганизмов, в биоценозе различна.
Так, растения образуют относительно постоянную структуру биоценоза благодаря своей неподвижности, в то время как животные не могут служить структурной основой сообщества. Микроорганизмы, хотя в большинстве и не прикреплены к субстрату, передвигаются с небольшой скоростью; вода и воздух переносят их пассивно на значительные расстояния.
Животные зависят от растений, поскольку не могут строить органическое вещество из неорганического. Некоторые микроорганизмы (как все зеленые, так и ряд не зеленых) в этом отношении автономны, так как способны к построению органического вещества из неорганического за счет энергии солнечных лучей или энергии, выделяемой при химических реакциях окисления.
Микроорганизмы играют большую роль в разложении мертвых органических веществ до минеральных, т. е. в процессе, без которого нормальное существование биоценозов было бы невозможным. В структуре наземных биоценозов значительную роль могут играть почвенные микроорганизмы.
Различия в биоморофологических экологических и функциональных особенностях организмов, составляющих эти три группы, настолько велики, что и методы их исследования заметно различаются. Поэтому существование трех отраслей знания – фитоценологии, зооценологии и микробоценологии, изучающих соответственно фитоценозы, зооценозы и микробоценозы, вполне правомерно.
Экотоп - некое "географическое" пространство место жизни биоценоза. Его образуют с одной стороны почва с характерной подпочвой, с лесной подстилкой, а также с тем или иным количеством перегноя (гумуса); с другой – атмосфера с определенной величиной солнечной радиации, с тем или иным количеством свободной влаги, с характерным содержанием в воздухе углекислоты, различных примесей, аэрозолей и т.п., в водных биогеоценозах вместо атмосферы – вода. Роль среды т. е. физических факторов, в эволюции и существовании организмов не вызывают сомнений. Составляющие ее отдельные части (воздух, вода и др.) и факторы (температура, солнечное излучение, высотные градиенты, и др.) называют абиотическими, т. е. неживыми, компонентами, в отличие от биотических, компонентов, представленных живым веществом.
Биотоп - это экотоп, преобразованный биоценозом для «себя». Биоценоз и биотоп функционируют в непрерывном единстве. Размеры биоценоза всегда совпадают с границами биотопа, следовательно, с границами биогеоценоза в целом.
Из всех компонентов биотопа ближе всего к биогенной составляющей части биогеоценоза стоит почва, поскольку ее происхождение напрямую связано с живым веществом. Органическое вещество в почве является продуктом жизнедеятельности биоценоза на разных стадиях трансформации.
Сообщество организмов ограничено биотопом (в случае с устрицами – границами отмели) с самого начала существования.
Свойства биоценозов: саморегуляция и самовоспроизведение.
Главными свойствами биоценозов, отличающих их от неживых компонентов является способность продуцировать живое вещество, обладать саморегуляцией и самовоспроизводимостью. В биоценозе отдельные виды, популяции и группы видов могут заменяться соответственно другими без особого ущерба для содружества, а сама система существует за счет уравновешивания сил антагонизма между видами. Для приобретения этих свойств биосистеме требуется время.
Очень важным свойством биогеоценозов, как биологических систем, является их саморегуляция – способность выдерживать высокие нагрузки неблагоприятных внешних воздействий, способность возвращаться в условно исходное состояние после существенных нарушений их структуры (принцип Ле-Шателье). Но выше определенного порога воздействия механизмы самовосстановления не срабатывают и биогеоценоз необратимо разрушаются.
Сущность биогеоценоза
Сущность функционирования биогеоценоза можно представить в виде сложной системы множества синхронных биопотоков, направленных в биогеоценоз извне и исходящих из него (рис. 2). Предлагается различать две стороны этой сущности (Бяллович, 1969). Одна сторона – пространственная структура с элементами в виде так называемых стационалей – условных структурных единиц, обозначающих все покоящееся, т.е. статическое, недвигающееся относительно территории и границ самого биогеоценоза или границ его частей: ярусов и парцелл. Эти элементы образованы растениями (ярусы и биогеогоризонты: 1S, 2S, 3S, полога, микрогруппировки, парцеллы: IS, IIS, IIIS). В натуре эта сторона дает некие физические, габитуальные (статичные в момент измерения) параметры биогеоценоза и его структурных элементов. Например, для лесного сообщества это средние диаметр и высота, запас, полнота древостоя, и др.
Вторая сторона сущности отражает многофункциональность биогеоценоза. Её можно представить сочетанием радиалей (R) и латералей (L). За этими понятиями скрывается мобильная составляющая биогеоценоза, т.е. биопотоки. Радиали здесь означают все движущееся в радиальном направлении – из одного яруса (биогеогоризонта) в другой, т.е. по вертикали, а латерали – символизируют все движущееся в пределах яруса (биогоризонта) в боковых направлениях – из одной парцеллы в другую, т.е. по горизонтали. Параметры радиалей и латералей измеряются в единицах, отражающих те или иные процессы.
Стационали создают биогеоценозу дискретность, а радиали и латерали образуют своеобразный континуум круговорота вещества и энергии в зоне функционирования биогоризонтов и парцелл ценоза.
Примеры «потоков». В экосистемах с доминированием сосудистых растений, какими, например, являются лесные биогеоценозы, наибольшее количество питательных веществ участвует во внутренних циклах, представляющих потоки от почвенных запасов элементов в растения и обратно – из растений в почву. Внутрисистемный приход включает как жидкие, так и сухие выпадения из атмосферы, а также выветривание из подстилающей горной породы. Внутрисистемный выход происходит с гидрологическим движением ионов и частиц вещества через почву. При этом имеет место частичная потеря, которая особенно важна для циклов круговорота некоторых химических элементов (S,N).
Характер и мощность внутрибиогеоценотических потоков определяют общий (интегральный) продукционный потенциал и пространственную структуру биогеоценоза. Участие этого потенциала в общем продуцировании экосистемы будет определяться как собственными особенностями биогеоценоза, так и масштабами и интенсивностью его внешних связей – с соседними (смежными) биогеоценозами и экосистемами других, более высоких рангов.
В разных условиях произрастания одинаковые компоненты и элементы ценозов могут отличаться особенностями выполняемых функций, своими особыми продукционными показателями. Поэтому в природе не бывает совершенно одинаковых биогеоценозов, даже если таковые имеют очень близкий состав компонентов. Это общий закон мироздания.
Концепция продуктивности экосистем: понятия продуктивность экосистем, ее виды. Классификация экосистем по продуктивности
В процессе жизнедеятельности биоценоза создается и расходуется органическое вещество, т. е. соответствующая экосистема обладает определенной продуктивностью биомассы. Биомассу измеряют в единицах массы или выражают количеством энергии, заключенной в тканях.
Понятия «продукция» и «продуктивность» хотя и выражены однокоренными словами, но в экологии (как и в биологии) имеют различный смысл. Продуктивность -- это скорость производства биомассы в единицу времени, которую нельзя взвесить, а можно только рассчитать в единицах энергии или накопления органических веществ. В качестве синонима термина «продуктивность» Ю. Одум предложил использовать термин «скорость продуцирования».
Продуктивность экосистемы говорит о ее «богатстве». В богатом или продуктивном сообществе больше организмов, чем в менее продуктивном, хотя иногда бывает и наоборот, когда организмы в продуктивном сообществе быстрее изымаются или «оборачиваются». Так, урожая травы на корню богатого пастбища, выедаемого скотом, может быть гораздо меньше, чем на менее продуктивном пастбище, на которое не выгоняли скот.
Различают также продуктивность текущую и общую. Например, в некоторых конкретных условиях I га соснового леса способен за период своего существования и роста образовать 200 м3 древесной массы -- это его общая продуктивность. Однако за один год этот лес создает всего лишь около 2 м3 древесины, что является текущей продуктивностью или годовым приростом.
Первичная продуктивность экосистемы, сообщества или любой их части определяется как скорость, с которой энергия Солнца усваивается организмами-продуцентами (в основном зелеными растениями) в ходе фотосинтеза или химического синтеза (хемопродуцентами). Эта энергия материализуется в виде органических веществ тканей продуцентов.
Принято выделять четыре последовательные ступени (или стадии) процесса производства органического вещества: валовая первичная продуктивность -- общая скорость накопления органических веществ продуцентами (скорость фотосинтеза), включая те, что были израсходованы на дыхание и секреторные функции. Растения напроцессы жизнедеятельности тратят примерно 20% производимой химической энергии; чистая первичная продуктивность -- скорость накопления органических веществ за вычетом тех, что были израсходованы при дыхании и секреции за изучаемый период. Эта энергия может быть использована организмами следующих трофических уровней; чистая продуктивность сообщества -- скорость общего накопления органических веществ, оставшихся после потребления гетеротрофами-консументами (чистая первичная продукция минус потребление гетеротрофами). Она обычно измеряется за какой-то период; например, вегетационный период роста и развития растений или за год в целом; вторичная продуктивность -- скорость накопления энергии консументами. Ее не делят на «валовую» и «чистую», так как консументы потребляют лишь ранее созданные (готовые) питательные вещества, расходуя их на дыхание и секреторные нужды, а остальное превращая в собственные ткани.
Первичная продукция, доступная гетеротрофам, а человек относится именно к ним, составляет максимум 4% от общей энергии Солнца, поступающей к поверхности Земли. Поскольку на каждом трофическом уровне энергия теряется, для всеядных организмов (в том числе и для человека) наиболее эффективный способ извлечения энергии -- потребление растительной пищи (вегетарианство). Однако необходимо учитывать также следующее:
- животный белок содержит больше незаменимых аминокислот и лишь некоторые бобовые (например, соя) приближаются к нему по своей ценности;
- растительный белок переваривается труднее, чем животный, из-за необходимости предварительно разрушить жесткие клеточные стенки;
- в ряде экосистем животные добывают пищу на большой территории, где не выгодно выращивать культурные растения (это неплодородные земли, на которых пасутся овцы или северные олени).
Так, у человека около 8% белков ежедневно выводится из организма (с мочой) и вновь синтезируется. Для полноценного питания необходимо сбалансированное поступление аминокислот, подобных тем, что содержатся в тканях животных.
При отсутствии какой-либо важной для организма человек аминокислоты (например, в злаках) при метаболизме усваивается меньшая доля белков. Сочетание в рационе питани. бобовых и зерновых обеспечивает лучшее использование белка, чем при потреблении каждого из этих видов пищи в отдельности.
Принцип континуума
Видовая структура - это количество видов, образующих биоценоз и соотношение их численностей. Точные сведения о числе видов, входящих в тот или иной биоценоз, получить чрезвычайно трудно из-за микроорганизмов, практически не поддающихся учету.
Видовой состав и насыщенность биоценоза зависят от условий среды. На Земле существуют как резко обедненные сообщества полярных пустынь, так и богатейшие сообщества тропических лесов, коралловых рифов и т. п. Самыми богатыми по видовому разнообразию являются биоценозы влажных тропических лесов, в которых одних растений фитоценоза насчитываются сотни видов.
Виды, преобладающие по численности, массе и развитию, называют доминантными (от лат. dominantis -- господствующий). Однако среди них выделяют эдификаторы (от лат. edifikator-- строитель) -- виды, которые своей жизнедеятельностью в наибольшей степени формируют среду обитания, предопределяя существование других организмов. Именно они порождают спектр разнообразия в биоценозе. Так, в еловом лесу доминирует ель, в смешанном -- ель, береза и осина, в степи -- ковыль и типчак. При этом ель в еловом лесу наряду с доминантностью обладает сильными эдификаторными свойствами, выражающимися в способности затенять почву, создавать кислую среду своими корнями и образовывать специфические подзолистые почвы. Вследствие этого под пологом ели могут жить только тенелюбивые растения. Одновременно с этим в нижнем ярусе елового леса доминантой может быть, например, черника, но эдификатором она не является.
Предваряя обсуждение видовой структуры биоценоза, следует обратить внимание на принцип Л.Г. Раменского (1924) -- Г.А. Глизона (1926) или принцип континуума: широкое перекрытие экологических амплитуд и рассредоточенность центров распределения популяций вдоль градиента среды приводят к плавному переходу одного сообщества в другое, поэтому, как правило, не образуют строго фиксированные сообщества.
Принципу континуума Н.Ф. Реймерс противопоставляет принцип биоценотической прерывности: виды формируют экологически определенные системные совокупности -- сообщества и биоценозы, отличающиеся от соседних, хотя и сравнительно постепенно в них переходящие.
Потери урожая от вредителей, болезней и сорняков. Мероприятия, направленные на снижение и предотвращение потерь урожая сельскохзяйственных культур.
В различных посевах и на паровых полях, в огородах и в плодовых и древесных насаждениях, на пастбищах и сенокосах наряду с возделываемыми культурами обычно произрастают и вредные растения. Такие растения, засоряющие сельскохозяйственные угодья и наносящие вред сельскохозяйственным культурам, называют сорняками.
Кроме того, посевы одних культур нередко засоряются другими видами культурных растений -- засорителями, снижающими качество урожая. Например, в посевах озимой пшеницы можно встретить рожь или ячмень, в посевах яровой пшеницы - овес. Яровые зерновые культуры часто засорены подсолнечником и т. д. При производстве сортовых семян к засорителям относятся все растения того же вида, не принадлежащие к данному сорту.
Структура биогеоценоза (экосистемы)
Видовая структура биогеоценоза. Формирование биогеоценоза осуществляется за счет межвидовых связей, которые определяют его структуру, т. е. упорядоченность строения и функци-нирования экосистемы. Различают видовую, пространственную и трофическую структуру биогеоценоза.
Под видовой структурой биогеоценоза понимают разнообразие в нем видов и соотношение численности или биомассы всех входящих в него популяций.
Организмы разных видов обладают неодинаковыми требованиями к среде, поэтому в разных экологических условиях формируется неодинаковый видовой состав. Если биологические особенности какого-то вида резко отличаются в этом плане от других видов, то этот вид вследствие конкуренции выпадает из сообщества и входит в другой, соответствующий ему биогеоценоз. Другими словами, в каждом биогеоценозе происходит естественный отбор наиболее приспособленных к данным экологическим условиям организмов.
Различают бедные и богатые видами биогеоценозы. В полярных ледяных пустынях и тундрах при крайнем дефиците тепла, в безводных жарких пустынях, сильно загрязненных сточными водами водоемах сообщества крайне бедны видами, поскольку лишь немногие из них могут адаптироваться к таким неблагоприятным условиям. В тех же биотопах, где условия абиотической среды близки к оптимальным, наоборот, возникают чрезвычайно богатые видами сообщества (общее число видов живых организмов в таких экосистемах составляет от нескольких сотен до многих тысяч). Примерами могут служить влажные тропические леса, сложные дубравы, пойменные луга. Видовой состав молодых, формирующихся сообществ (например, молодые посадки сосны) обычно беднее сложившихся, зрелых.
Виды, преобладающие в биогеоценозе по численности особей или занимающие большую площадь, называют доминантами. Например, в наших лесах среди деревьев доминирует ель, в травяном покрове — кислица, зеленый мох, среди мышевидных грызунов — полевки и т. д. Однако далеко не все доминантные виды одинаково влияют на биогеоценоз. Среди них выделяются те, которые играют главенствующую роль в определении состава, структуры и свойств экосистемы путем создания среды для всего сообщества. Такие средообразующие виды называются эдификаторами. Основными эдификаторами (созидателями, строителями сообщества) наземных биогеоценозов являются растения; в лесах это ель, дуб, на низинных болотах — осоки, на верховых болотах — сфагновый мох.
Каким же образом определенные виды растений создают среду для всего сообщества? В качестве примера рассмотрим хвойный лес. В ясные летние дни под пологом елового леса освещенность в 1,5—2 раза меньше, а температура воздуха на 0,2—0,8°С ниже, чем под широколиственными деревьями. Под густые кроны ели проникает в 2—2,5 раза меньше атмосферных осадков, чем под кроны березы, осины, дуба. При этом дождевые воды, стекающие с крон ели, имеют кислую реакцию (рН 3,5-4,0). И наконец, опад под елью состоит преимущественно из хвои, которая очень медленно разлагается, в результате чего под елью формируется мощная подстилка с низким содержанием необходимого для всех растений гумуса.
Таким образом, ель в процессе своей жизнедеятельности настолько изменяет условия среды, что данный биотоп становится непригодным для существования многих видов живых организмов. Тут поселяются только те виды, которые приспособлены к жизни в таких условиях (например, кислица, майник, зеленый мох).
В некоторых случаях здификаторами могут быть и животные. Например, на территориях, занятых колониями сурков, именно их деятельность определяет в основном характер ландшафта, микроклимат и условия произрастания травянистых растений.
Кроме относительно небольшого числа видов-доминантов, в состав биогеоценоза входит обычно множество малочисленных и даже редких форм, которые создают его видовое богатство, увеличивают разнообразие биоценотических связей и служат резервом для пополнения и замещения доминантов. Эти виды придают биогеоценозу устойчивость и обеспечивают его функционирование в разных условиях. Следовательно, чем выше видовое разнообразие, тем полнее используются ресурсы среды обитания и тем стабильнее биогеоценоз. Кроме того, большое биоразнообразие является гарантом сложности пространственной структуры ценоза.
Пространственная структура.
Эта структура биогеоценоза определяется прежде всего сложением фитоценоза. Как правило, фитоценозы расчленены на достаточно хорошо отграниченные в пространстве (по вертикали и по горизонтали), а иногда и во времени элементы структуры, или ценоэлементы. К основным ценоэлементам относятся ярусы и микрогруппировки. Первые характеризуют вертикальное, вторые — горизонтальное расчленение фитоценозов.
Основной фактор, определяющий вертикальное распределение растений, — количество света, обусловливающее температурный режим и режим влажности на разных уровнях над поверхностью почвы в биогеоценозе. Растения верхних ярусов более светолюбивы, чем низкорослые, и лучше них приспособлены к колебаниям температуры и влажности воздуха; нижние ярусы образованы растениями менее требовательными к свету; травянистый покров леса в результате отмирания листьев, стеблей, корней участвует в процессе почвообразования и тем самым влияет на растения верхнего яруса.
Ярусы (I—V) особенно хорошо заметны в лесах умеренного пояса (рис. 14.4). В них можно выделить 5-6 ярусов: первый (верхний) ярус образуют деревья первой величины (дуб черешчатый, липа сердцевидная, вяз гладкий и др.); второй — деревья второй величины (рябина обыкновенная, дикие яблоня и груша, черемуха и др.); третий ярус составляет подлесок, образованный кустарниками (лещина обыкновенная, крушина ломкая, бересклет европейский и др.); четвертый ярус состоит из высоких трав (чи-стец лесной, крапива, сныть обыкновенная) и кустарничков (черника); пятый ярус сложен из низких трав (осока волосистая, копытень европейский); в шестом ярусе — мхи, лишайники.
Ярусность в лесном фитоценозе.
Животные также преимущественно приурочены к тому или иному ярусу растительности. Например, среди птиц есть виды, гнездящиеся только на земле (фазановые, тетеревиные, трясогузки, коньки, овсянки), другие — в кустарниковом ярусе (дрозды, славки, снегири) или в кронах деревьев (зяблики, щеглы, корольки, крупные хищники и др.).
Подземная ярусность фитоценозов, как правило, отсутствует. Установлено, что за очень редким исключением общая масса подземных органов закономерно снижается сверху вниз. Особенно существенно убывание количества мелких сосущих корней, основная масса которых приурочена к верхнему горизонту почвы, где сосредоточено более 90% всех корней. Такое распределение активной части корней связано с образованием в поверхностных горизонтах почвы наибольшего количества доступных для растений элементов минерального питания, в первую очередь азота. В ряде случаев играет роль ухудшение (сверху вниз) условий аэрации. Все это определяет даже для глубоко укореняющихся растений значимость использования поверхностного горизонта почвы, в которой они формируют постоянно или временно существующие корни. Доказательством этого служит, например, приуроченность к одному и тому же горизонту почвы поверхностно укореняющихся усваивающих корней кислицы обыкновенной и более глубоко укореняющейся ели.
Расчлененность (неоднородность) в горизонтальном направлении — мозаичность — свойственна практически всем биогеоценозам. Мозаичность выражается наличием в бигеоценозе различных микрогруппировок, которые различаются видовым составом, количественным соотношением разных видов, сомкнутостью, продуктивностью и другими признаками и свойствами.
Неравномерность в распределении видов живых организмов в пределах биогеоценозов и связанная с этим мозаичность обусловлены рядом причин: особенностями биологии размножения и формы растений, неоднородностью почвенных условий (наличие понижений и повышений), средообразующим влиянием растений и др. Мозаичность может возникнуть в результате деятельности животных (образованием муравейников, вытаптыванием травостоя копытными и др.) или человека (выборочная рубка, кострища и т. д.).
Экологическая структура биогеоценоза. Каждый биогеоценоз слагается из определенных экологических групп организмов, соотношение которых отражает экологическую структуру сообщества, складывающуюся в течение длительного времени в определенных климатических, почвенно-грунтовых и ландшафтных условиях строго закономерно. Например, в биогеоценозах разных природных зон закономерно изменяется соотношение фитофагов (животных, питающихся растениями) и сапрофагов. В степных, полупустынных и пустынных районах фитофаги преобладают над сапрофагами, а в лесных сообществах, наоборот, сильнее развита сапрофагия. В глубинах океана основным типом питания является хищничество, тогда как на освещенной поверхности водоема преобладают фильтраторы, потребляющие фитопланктон, либо виды со смешанным питанием.
Экологическую структуру биогеоценозов отражает и соотношение таких групп растений, как гигрофиты, мезофиты и ксерофиты, а среди животных — гигрофилы, мезофилы и ксерофилы. Естественно, что в засушливых местообитаниях преобладают растения с ксероморфными признаками (склерофиты и суккуленты), а на сильно увлажненных территориях — гигрофиты. Разнообразие и обилие представителей той или иной экологической группы организмов обеспечивает их высокую плотность на единицу поверхности, максимальную биологическую продуктивность, оптимальные конкурентные отношения и, наконец, дает четкое представление об особенностях того или иного биотопа.
Основу трофической (пищевой) структуры биогеоценоза составляют цепи питания .Таким образом, структура биогеоценоза дает возможность определить свойства того или иного сообщества, выяснить перспективу его устойчивости во времени и пространстве, а также предвидеть возможные последствия воздействия на него антропогенного фактора.
Биологический круговорот.
Биологический круговорот веществ - единство двух процессов:
- аккумуляции элементов в живых организмах; и
- минерализации в результате разложения мертвых организмов.
Образование живого вещества преобладает на поверхности суши и в верхних слоях морей. Минерализация живого вещества преобладает в почве и глубинах морей.
БИОЛОГИЧЕСКИЙ КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ, или малый К.в. - поступление веществ из почвы и атмосферы в живые организмы с соответствующим изменением их химической формы, возвращение их в почву и атмосферу в процессе жизнедеятельности организмов и с посмертными остатками и повторное поступление в живые организмы после процессов деструкции и минерализации с помощью микроорганизмов. Такое понимание Б.к.в. (по Н.П. Ремезову, Л.Е. Родину и Н.И. Базилевич) соответствует биогеоценотическомуКруговорот уровню. Точнее говорить о биологическом круговороте химических элементов, а не веществ, поскольку на разных стадиях круговорота вещества могут химически видоизменяться. По данным В.А. Ковды (1973), ежегодная величина Б.к. зольных элементов в системе почва-растение значительно превышает величину годового геохимического стока этих элементов в реки и моря и измеряется колоссальной цифрой 109 т/г.
Экологические факторы
Элементы окружающей среды, которые вызывают у живых организмов и их сообществ приспособительные реакции (адаптации), называются экологическими факторами.
По происхождению и характеру действия экологические факторы подразделяются на абиотические (элементы неорганической, или неживой, природы), биотические (формы воздействия живых существ друг на друга) и антропогенные (все формы деятельности человека, оказывающие влияние на живую природу).
Абиотические факторы делят на физические, или климатические (свет, температура воздуха и воды, влажность воздуха и почвы, ветер), эдафические, или почвенно-грунтовые (механический состав почв, их химические и физические свойства), топографические, или орографические (особенности рельефа местности), химические (соленость воды, газовый состав воды и воздуха, рН почвы и воды и др.).
Биотические факторы — разнообразные формы влияния одних организмов на жизнедеятельность других. При этом одни организмы могут служить пищей для других (например, растения —для животных, жертва — для хищника), быть средой обитания (например, хозяин —для паразита), способствовать размножению и расселению (например, птицы и насекомые-опылители — для цветковых растений), оказывать механические, химические и другие воздействия.
Антропогенные (антропические) факторы — это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.
Большинство экологических факторов —температура, влажность, ветер, наличие пищи, хищники, паразиты, конкуренты и т. д. — отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для большинства хищников ее запасы меняются в соответствии с изменением численности жертв. Изменение факторов среды наблюдается в течение года и суток, в зависимости от приливов и отливов в океане, при бурях, ливнях, обвалах, при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. д.
Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных растений, а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность.
Экологические факторы действуют на организмы по-разному. Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические и анатомические изменения организмов.
Закон оптимума
Закон оптимума (в экологии) — любой экологический фактор имеет определённые пределы положительного влияния на живые организмы.
Результаты действия переменного фактора зависят прежде всего от силы его проявления, или дозировки. Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно.
Зона оптимума — это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности. Отклонения от оптимума определяют зоны пессимума. В них организмы испытывают угнетение.
Минимально и максимально переносимые значения фактора — это критические точки, за которыми организм гибнет.
Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, в которых возможно существование видов, а также меру изменчивости этих условий. Виды чрезвычайно разнообразны по способности переносить изменения факторов. В природе выделяются два крайних варианта — узкая специализация и широкая выносливость. У специализированных видов критические точки значения фактора сильно сближены, такие виды могут жить только в относительно постоянных условиях. Так, многие глубоководные обитатели — рыбы, иглокожие, ракообразные — не переносят колебания температуры даже в пределах 2-3 °C. Растения влажных местообитаний (калужница болотная, недотрога и др.) моментально вянут, если воздух вокруг них не насыщен водяными парами. Виды с узким диапазоном выносливости называют стенобионтами, а с широким — эврибионтами. Если нужно подчеркнуть отношение к какому-либо фактору, используют сочетания «стено-» и «эври-» применительно к его названию, например, стенотермный вид — не переносящий колебания температур, эвригалинный — способный жить при широких колебаниях солености воды и т. п.
Три кардинальные точки
1 — минимум, 2 — оптимум, 3 — максимум
оптимальную величину фактора — это точка оптимума ; впрочем, обычно трудно определить оптимальное значение фактора с достаточной точностью, чаще говорят озоне оптимума или — в более широком значении — зоне комфорта. -точки, минимума и максимума составляют три кардинальные точки, определяющие возможности реакции организма на данный фактор. Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения при резком недостатке или избытке фактора, называют о б л а с т я м и пессимума; им соответствуют пессимальные значения фактора. Вблизи критических точек лежат суб- летальные величины фактора, а за пределами зоны толерантности — летальные.
Диапазон действия экологических факторов
Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения. Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно.
В соответствии с законом толерантности любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим среду началом. Так, избыток воды даже в засушливых районах вреден и вода может рассматриваться как обычный загрязнитель, хотя в оптимальных количествах она просто необходима. В частности, избыток воды препятствует нормальному почвообразованию в черноземной зоне.
Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобиотными, а виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, - эврибиотными.
Среди законов, определяющих взаимодействие индивида или особи с окружающей его средой, выделим правило соответствия условий среды генетической предопределенности организма. Оно утверждает, что вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям.
Закон минимума Ю. Либиха
Живой организм в природных условиях одновременно подвергается воздействия не одного, а многих экологических факторов. Причем любой фактор требуется организму в определенных колическах/дозах. Либих установил, что развитие растения или его состояние зависит не от тех химических эл-в, которые присутствуют в почве в достаточных кол-вах, а от тех, которых не хватает. Если любого, хотя бы одного из элементов питания в почве меньше, чем требуется данным растениям, то оно будет развиваться ненормально, замедленно, или иметь патологические отклонения.
Закон минимума Ю.ЛИБИХА - концепция, согласно которой существование и выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.
Согласно закону минимума жизненные возможности организмов лимитируют те экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму.
Закон Либиха:
Веществом, присутствующим в минимуме, управляется урожай, определяется его величина и стабильность во времени. В начале 20 века американский ученый Шелфорд показал, что вещ-во или любой другой фактор, присутствующий не только в минимуме, но и в избытке по сравнению с требуемым организму уровнем, может приводить к нежелательным последствия для организма. Пример: если поместить к-либо растение/животное в экспериментальную камеру и измерять в ней температуру воздуха, то состояние организма будет изменяться.
При этом выявляется некоторый наилучший, оптимальный для организма уровень данного фактора, при котором активность (физиологическое состояние) будет максимально. Если разные факторы будут отклоняться от оптимального в большую/меньшую сторону, то активность будет снижаться. При достижении некоторого max/min значения фактор станет несовместимым с жизненными процессами, в организме произойдут изменения, ведущие к смерти. Аналогичные результы можно получить в экспериментах с изменением влажности, содержания различных солей в воде, кислотности, концентрации различных вещ-в и др.
Чем шире амплитуда колебания фактора, при которой организм может сокращать жизнеспособность, тем выше его устойчивость (толерантность) к тому или иному фактору.
Закон Блекмана
Общее влияние лимитирующих факторов может превысить суммарный дополнительный эффект от влияния других факторов.
Закон толерантности Шелфорда
Если в среде, являющейся совокупностью взаимодействующих факторов, есть такой фактор, значение которого меньше определенного минимума или больше определенного максимума, то проявление активной жизнедеятельности организма в этой среде невозможно.
Минимальное и максимальное значения этого фактора выступают в роли ограничивающих (лимитирующих). Расстояние между двумя пессимумами - зона толерантности.
Толерантность - выносливость вида по отношению к колебаниям какого-либо экологического фактора. Толерантные виды - виды, устойчивые к неблагоприятным условиям среды.
Закон толернатности был дополнен в 1975г Ю.Одумом.
Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий диапазон в отношении другого.
Организмы с широким диапазоном толерантности в отношении всех экологических факторов обычно наиболее распространены
Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то диапазон толерантности может сузиться и в отношении других экологических факторов (например, если содержание азота в почве мало, то требуется больше воды для злаков)
Диапазоны толерантности к отдельным факторам и их комбинациям различны.
Период размножения является критическим для всех организмов, поэтому именно в этот период увеличивается число лимитирующих факторов.
Литература
1. Агроэколоргия. Под ред. В.А. Черникова А.И. Черкесова. М.; Колос 2000г.
2. Экология. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Учебник для ВУЗов - М.; ЮНИТИ 1998г.
3. Сельскохозяйственная экология. Иволин В.М. учебное пособие. Новочеркесск 1991г.
4. Экология. Николайкин Н.И. и др. М.; Дрофа 2003
5. Одум Ю. Экология. М.: Мир. 1986.
6. Шилов И.А. Экология. М.: Высшая школа. 2000.
7. Oстроумов С.A. Введение в биохимическую экологию. 1986. М.
|