приховати рекламу

Екологія 6

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.


Нажми чтобы узнать.
скачати

Екологія

Предмет і завдання екології.
Існування людини нерозривно пов'язане з певними умовами середовища (температура, вологість, склад повітря, якість води, склад їжі та інші). Ці вимоги вироблялися протягом багатьох тисячоліть існування людини. Зрозуміло, що при різкій зміні цих факторів або відхилення від норми, необхідної організму, можливі порушення обміну речовин і як крайній випадок - несумісність з життям людини. Неможливо охороняти природу, користуватися нею, не знаючи як вона влаштована, за якими законами існує і розвивається, як реагує на вплив людини. Все це і є предметом екології.
Термін "екологія" запропонований у 1869 р. Е. Геккелем (німецький натураліст). Від грецького "ойкос"-будинок, "логос" - наука. Як наукова дисципліна екологія має більш ніж вікову історію. Систематичні екологічні дослідження ведуться приблизно з 1900 р. Основи екології можна знайти у наукових працях учених минулого століття (Гумбольт, Ламарк, Северцев та ін.) У розвиток екології значний внесок внесли російські вчені Вавілов, Сукачов, Павловський, Шварц, Колесніков та ін Особлива заслуга належить В. І. Вернадському.
У сучасному розумінні екологія - наука про взаємини між живими організмами та середовищем їхнього життя.
Крім того екологія класифікується по конкретних об'єктах і середах дослідження (рис.1)
Виділяють екологію людини, тварин, рослин і мікроорганізмів. У свою чергу ці групи можна досліджувати на рівні особини або спільноти, а можна у воді, грунті або атмосфері, в земних умовах або космічних. Живі організми живуть умовах тропічної, помірною і полярної зон, а також у природних, змінених або антропогенних (створених людиною) системах, крім цього можна враховувати забрудненість або незабруднене середовища.
Екологія як наука заснована на різних галузях біології (фізіологія, генетика, біофізика), пов'язана з іншими науками (фізика, хімія, математика, географія, геологія), використовує їх методи та терміни. У зв'язку з цим з'явилися в останні роки поняття "географічна екологія", "Хімічна екологія", "математична екологія", "космічна екологія", і "екологія людини". Взаємовідносинами людини і машини в умовах промислових підприємств займається охорона праці.
Завдання екології як навчальної дисципліни в технічному вузі набагато вужчі. У процесі професійної діяльності майбутній фахівець інженер неминуче буде впливати на навколишнє середовище і живуть в ній живі організми. Отже, від того, наскільки він розуміє і володіє законами природи і її структурою, буде залежати усунення негативних наслідків виробництва, в якому він працює.
Таким чином, завдання екології стосовно діяльності інженера промислового виробництва або проектно-конструкторського підприємства можуть бути наступні:
1) Оптимізація технологічних, і конструкторських рішень, виходячи з мінімального збитку навколишньому середовищу.
2) Прогнозування і оцінка можливих негативних наслідків діючих і проектованих підприємств на навколишнє середовище.
3) Своєчасне виявлення і коректування технологічних процесів, що завдають шкоди навколишньому середовищу.
4) Створення систем переробки відходів промисловості.

Теоретична

Прикладна

Людини

Рослин

Тварин

Мікроорганізмів

Клітини

Організму

Співтовариства

Незайманих природних систем
Змінених систем

Космічна

Земна

Водойм

Повітряного середовища

Суші

Тропіків

Помірної зони

Полярної зони

Незабруднених систем


Рис.1

Вчення Вернадського про біосферу.
Перед сучасним суспільством стоїть завдання зберегти природні багатства сьогодні і попередити негативні наслідки в майбутньому. Для цього необхідно вивчити різноманітні процеси, постійно протікають в природі. Основою є вчення про біосферу Землі.
Біосфера (біо - життя) - частина Землі, в якій розвивається життя організмів, що населяють поверхню 'суші, нижні шари атмосфери, і гідросферу.
Таким чином, біосфера містить у собі:
1) Живі організми (рослини, тварини, мікроорганізми).
2) Тропосфера (нижній шар атмосфери).
3) Гідросфера (океани, моря, річки і т.д.).
4) Літосфера (верхня частина земної кори).
Вік біосфери приблизно 4млрд. років.
Термін "біосфера" введений в 1875 р. австрійським геологом Зюссом. Основоположник сучасного вчення - російський учений Вернадський Володимир Іванович (1863 -1945 рр..).
Суть цього вчення: біосфера - це якісно своєрідна оболонка Землі, розвиток якої в значній мірі визначається діяльністю живих організмів.
Біосфера є результат взаємодії живої та неживої природи.
Елементи неживої природи зв'язані воєдино за допомогою живих організмів (рис.2).
Елементи неживої природи
Атмосфера


Гідросфера Живі організми


Літосфера Біосфера
Рис. 2

Схема будови біосфери

Верхня межа - озоновий шар
20000

Стратосфера
10000 Еверест (8848 м)

грунт
Тропосфера


Літосфера Гідросфера


Філіппінська западина (10830 м)
Нафтові води
(Наявність бактерій)
3000 Нижня межа
Рис.3
Нижня частина біосфери опікується на 3 км на суші і на 2 км нижче дна океану. Верхня межа - озоновий шар, вище якого УФ випромінювання сонця виключають органічне життя. Товщина - кілька мм. Основою органічного життя є вуглець (С).
Вирішальне значення в історії утворення біосфери мало поява на Землі рослин, які в процесі фотосинтезу синтезують органічні речовини з і під дією сонячного світла. У результаті фотосинтезу щорічно утворюється 100 млрд. тонн органічної речовини. Саме завдяки рослинам на Землі отримали розвиток різні види тварин, і здійснюється обмін речовиною та енергією між живою і неживою природою.
Основою динамічної рівноваги і стійкості біосфери є кругообіг речовин і перетворення енергії.
Вернадський виділяє в біосфері глибоко відмінних і в той же час генетично пов'язаних частин:
1) Жива речовина - живі організми.
2) Биогенное речовина - продукти життєдіяльності живих організмів (кам'яне вугілля, нафту тощо).
3) відсталу речовину - гірські породи (мінерали, глини ...).
4) биокосное речовина - продукти розпаду і переробки гірських і осадових порід живими організмами (грунти, мул, природні води).
5) Радіоактивні речовини, отримувані внаслідок розпаду радіоактивних елементів (радій, уран, торій і т.д.).
6) Розсіяні атоми (хімічні елементи), що знаходяться в земній корі в розсіяному стані.
7) Речовина космічного походження - метеорити, протони, нейтрони, електрони.
Жива речовина - це сукупність і біомаса живих організмів у біосфері.

Таблиця біомаси організмів Землі.
Середа
Організми
Маса, 10 12 т
%
Суша
Рослини
2,4
99,04
Тварини
0,02
0,825
Океани
Рослини
0,0002
0,008
Тварини
0,003
0,124
Сумарний
Загальна біомаса
2,4232
100
Жива речовина нашої планети існує у вигляді величезної кількості організмів різноманітних форм і розмірів. В даний час на Землі існує більше 2 млн. організмів, з них 0,5 - рослини, 1,5 - рослини і мікроорганізми (з них 1 млн. комах).
У процесі розвитку біосфери виділяють 3 етапи:
1) Біосфера (де людина впливала на природу незначно. Вік людства приблизно 1,5 млн. років).
2) Біотехносфера
Сучасна біосфера - це результат тривалої еволюції органічного світу і неживої природи. Людське суспільство - це один з етапів розвитку життя на Землі. Діяльність людини слід розглядати як складову частину біосфери. Техніка - це якісно новий етап її розвитку. Виникає питання - яким шляхом піде розвиток людини і біосфери в майбутньому, якими засобами уникнути необоротних наслідків у природі. Запобігти зміни неможливо. Очевидно, що слід навчитися управляти процесами між людиною і природою так, щоб вони були взаємовигідні.
3) Ноосфера - сфера розуму.
Це поняття ввів французький математик і філософ Ле-Руа у 1927 році, а обгрунтував Вернадський у 1944 р. Це вища стадія розвитку біосфери, коли розумна діяльність людини стає головним, визначальним чинником розвитку. У ноосферу людина стає великою геологічною силою, він перебудовує своєю працею і думкою область свого життя. Людина нерозривно пов'язаний з біосферою, піти з неї не може. Його існування - є функція біосфери, яку він неминуче змінює.
Класифікація екологічних факторів.
З екологічних позицій середовище - це природні тіла та явища, з якими організм знаходиться в прямих чи непрямих відносинах. Навколишнє організм середовище характеризується величезною різноманітністю, складаючись з безлічі динамічних в часі і просторі елементів, явищ, умов, які розглядаються в якості факторів.
Екологічний фактор - це будь-яка умова середовища, матиме у прямий чи непрямий вплив на живі організми. У свою чергу організм реагує на екологічний фактор пристосувальними реакціями.
Екологічні фактори середовища, з якими пов'язаний будь-який організм, діляться на 2 категорії:
1) Фактори неживої природи (абіотичні)
2) Фактори живої природи (біотичні)
Абіотичні:
• кліматичні (світло, волога, тиск, температура, рух повітря)
• грунтові (склад, вологоємність, щільність, повітропроникність)
• орографічні (рельєф, висота над рівнем моря, експозиція схилу)
• хімічні (склади газового повітря, сольовий склад води, кислотність)
Біотичні:
• фітогенні (рослини)
• зоогенние (тварини)
• мікробіогенних (віруси, бактерії)
• антропогенні (діяльність людини).
Абіотичні фактори наземної середовища.
1) Промениста енергія сонця.
Сонячна енергія - основне джерело енергії на Землі, основа існування живих організмів (процес фотосинтезу).
Кількість енергії в поверхні Землі -21 * 10 кДж (сонячна постійна) - на екваторі. Зменшується до полюсів приблизно в 2,5 рази. Також кількість сонячної енергії залежить від періоду року, тривалості дня, прозорості атмосферного повітря (чим більше пилу, тим менше сонячної енергії). На основі радіаційного режиму виділяють кліматичні пояси (тундра, ліси, пустелі і т. д.) (сонячна радіація).
2) Освітлення.
Визначається річний сумарною сонячною радіацією, географічними факторами (стан атмосфери, характер рельєфу і т. д.). Світло необхідне для процесу фотосинтезу, визначає терміни цвітіння і плодоношення рослин. Рослини поділяються на:
• світлолюбні - рослини відкритих, добре освітлюваних місць.
• тіньолюбні - нижні яруси лісів (зелений мох, лишайник).
• тепловинослівие - добре ростуть на світлі, але й переносять затінення. Легко підлаштовуються під світловий режим.
Для тварин світловий режим не є таким необхідним екологічним чинником, але він необхідний для орієнтації в просторі. Тому різні тварини мають різну конструкцію очей. У безхребетних - найпримітивніша, в інших - дуже складна. У постійних мешканців печер може бути відсутнім. Гримучі змії бачать ІК частину спектру, тому полюють вночі.
3) Температура:
Один з найважливіших абіотичних факторів, прямо або побічно впливає на живі організми.
Температура безпосередньо впливає на життєдіяльність рослин і тварин, визначаючи їх активність і характер існування в конкретних ситуаціях. Особливо помітний вплив робить t на фотосинтез, обмін речовин, споживання їжі, рухову активність та розмноження. Наприклад, у картоплі максимальна продуктивність фотосинтезу при +20 ° С, а при t = 48 ° С повністю припиняється.
У залежності від характеру теплообміну з зовнішнім середовищем організми діляться:
• Організми, t тіла = t окр. середовища, тобто змінюється в залежності від t окр. середовища, немає механізму терморегуляції (ефективного) (рослини, риби, рептилії ...). Рослини знижують t за рахунок інтенсивного випаровування, при достатньому постачанні водою в пустелі - зменшується t листя на 15 ° С.
• Організми із постійною t тіла (ссавці, птахи), більш високий рівень обміну речовин. Існує теплоізоляційний шар (хутро, пір'я, жир), t = 36-40 ° C.
• Організми із постійною t (Їжак, борсук, ведмідь), період активності - const t тіла, зимова сплячка-значно зменшується (низькі втрати енергії).
Також виділяють організми, здатні переносити коливання t0 в широких межах (лишайники, ссавці, північні птахи) і організми, що існують тільки при певних t0 (глибоководні організми, водорості полярних льодів).
4) Вологість атмосферного повітря.
Найбільш багаті вологою нижні шари атмосфери (до висоти 2 км), де концентрується до 50 всієї вологи, кількість водяної пари, що міститься в повітрі, залежить від t повітря.
5) Атмосферні опади.
Це дощ, сніг, град і т.д. Опади визначають переміщення і розповсюдження шкідливих речовин в навколишньому середовищі. Загалом кругообігу води найбільш рухливі саме атмосферні опади, тому що об'єм вологи в атмосфері змінюється 40 разів за рік. Основними умовами виникнення опадів є: t повітря, рух повітря, рельєф.
Існують наступні зони в розподілі опадів по земній поверхні:
• Волога екваторіальна.
Опадів більше 2000 мм / рік, наприклад, басейни річок Амазонка, Конго. Максимальна кількість опадів - 11684 мм / рік - о. Кауаї (Гавайські о-ви), 350 днів у році дощ. Тут розташовуються вологі екваторіальні ліси - найбагатший тип рослинності (більше 50 тисяч видів).
Суха зона тропічного поясу.
Опадів менше 200 мм / рік. Пустеля Сахара і т.д. Мінімальна кількість опадів - 0,8 мм / рік-пустеля Атакама (Чилі, Південна Америка).
Волога зона помірних широт. Опадів понад 500 мм / рік. Лісова зона Європи і Північна Америка, Сибір.
Полярна область.
Незначна кількість опадів до 250 мм / рік (низька t повітря, низька випаровування). Арктичні пустелі з бідною рослинністю.
6) Газовий склад атмосфери.
Склад її практично постійний і включає: N -78%, 0 -20,9%, СО , Аргон і інші гази, частинки води, пил.
7) Рух повітряних мас (вітер).
Максимальна швидкість вітру приблизно 400 км / год-ураган (штат Нью-Гемпшир, США).
Вітровий натиск - напрямок вітру в бік меншого тиску. Вітер переносить домішки в атмосфері.
8) Тиск атмосфери.
760 мм ртутного стовпа або 10 кПа.
Абіотичні фактори грунтового покриву.
Грунт - це поверхневий шар земної кори, який утворюється і розвивається в результаті взаємодії рослин, тварин, мікроорганізмів, гірських порід і є самостійною екосистемою.
Найважливішим властивістю грунту є родючість, тобто здатність забезпечувати зростання і розвиток рослин. Це властивість становить виняткову цінність для життя людини та інших організмів. Грунт є складовою частиною біосфери і енергії в природі, підтримує газовий склад атмосфери.
Склад грунту: тверді частинки, рідина (вода), гази (повітря-О , СО ), Рослини, тварини, мікроорганізми, гумус.
Товщина грунту, 0,5 м - тундра, гори, 1,5 м - на рівнинах.
1 см грунту утворюється приблизно за 100 років.
Типи грунтів:
1. Арктичні і тундрові (гумус до 1 -3%)
2. Підзолисті (хвойні ліси, гумус до 4-5%).
3. Чорноземи (степ, гумус до 10%).
4. Каштанові (у сухих степах, гумус до 4%).
5. Сіро-бурі (пустелі субтропічні пояса, гумус 1-1,5%).
6. Червоноземи (вологий субтропічний ліс, гумус до 6%).
Гумус - органічна речовина грунту, що утворюється в результаті біохімічного розкладу рослинних і тваринних залишків, яке накопичується у верхньому шарі грунту. Головне джерело живлення рослин. У гумусі також накопичуються мікроелементи. У процесі експлуатації грунтів кількість гумусу зменшується, тому необхідно вносити різні добрива.
Фізичні властивості:
1. Механічний склад - вміст часток різного діаметру.
2. Щільність.
3. Теплоємність, теплопровідність.
4. Вологоємність, вологопроникність (у піску вище вологопроникність, у глини - вологопроникність).
5. Аерація - здатність насичення грунту повітрям (розпушування грунту).
Хімічні властивості:
1. Хімічний склад:
· До 50% SiO - Кремнезем
· До 25% Al O - Глинозем
· До 10% - оксиди Fe
· Інше - оксиди Са, К, Mg, Р і т.д.
2. Кислотність
3. Вміст шкідливих речовин (пестициди, важкі метали і т.д.)
Вплив кислотності на рослини:
• Мешкають на кислих грунтах (рН <6,7) карликова береза, хвощ, деякі мохи
• Нейтральні (рН 6,7 - 7,0) більшість культурних рослин
• На лужних грунтах (рН> 7,0) степові і пустельні рослини (лобода, полин ...)
• Можуть рости на будь-якому грунті (конвалія, в'юн, суниця лісова)
Абіотичні фактори водного середовища.
Водна оболонка Землі називається гідросферою, і включає океани, моря, річки, озера, болота, льодовики і т. д. Вода займає переважну частину біосфери Землі (71% земної поверхні). Середня глибина - 3554м, вага 0,022% ваги планети, площа - 1350 млн. кв. км-океани, 35 млн. кв. км - прісні води.
Абіотичні фактори водного середовища - це фізичні і хімічні властивості води як середовища існування живих організмів.
Фізичні властивості:
1. Щільність.
Щільність як екологічний фактор визначає умови пересування організмів, причому деякі з них (головоногі молюски, ракоподібні і т.д.), що живуть на великих глибинах, можуть переносити тиск до 400 - 500 атмосфер. Щільність води також забезпечує можливість спиратися на неї, що особливо важливо для бесскелетних форм (планктон).
2. Температура.
Зміна t ° в залежності від глибини і коливання (добові та сезонні).
Температурний режим водойм більш стійкий, ніж на суші, що пов'язано з високою теплоємністю води. Наприклад, коливання t ° верхніх шарів океану -10-15 ° С, більш глибокі шар 3 -4 ° С.
3. Світловий режим.
Грає важливу роль у розподілі водних організмів. Водорості в океані мешкають в освітлюваної зоні, найчастіше на глибині до 40 м, якщо прозорість води велика, то й до 200 м. У Багамських островів виявлено водорості на глибині 265 м, а туди доходить всього 5 * 10 -6 сонячної радіації.
З глибиною змінюється і забарвлення тварин. Найбільш яскраво і різноманітно забарвлені мешканці мілководній частині океану. У глибоководній зоні поширена червоне забарвлення, тут вона сприймається, як чорний колір, що дозволяє тваринам ховатися від ворогів. У найбільш глибоководних районах Світового океану в якості джерела світла організми використовують світло, яке випромінюється живими істотами (біолюмінесценція).
4. Рухливість - постійне переміщення водних мас в просторі.
5. Прозорість.
Залежить від змісту зважених часток. Найчистіше - море Уеддела в Антарктиді, видимість 80м (прозорість дистильованої води).
Хімічні властивості:
1. Солоність води - вміст розчинених сульфатів, хлоридів, карбонатів. В океані 35 г / л солей. Чорне море - 19 г / л.
Прісноводні види не можуть жити в морях, а морські - в річках. Однак, такі риби, як лосось, оселедець все життя проводять у морі, а для нересту піднімаються в ріки.
2. Кількість розчиненого Про і СО . Про - Для дихання.
3. Кисла, нейтральна, лужне середовище.
Всі мешканці пристосувалися до певних кислотно-лужним умов. Їх зміна в результаті забруднення може призвести до загибелі організмів.
Біотичні фактори.
Біотичні фактори - це сукупність впливів життєдіяльності одних організмів на життєдіяльність інших, а також на неживу природу.
Класифікація біотичних взаємодій:
1. Нейтралізм - ні одна популяція не впливає на іншу.
2. Конкуренція - це використання ресурсів (їжі, води, світла, простору) одним організмом, який тим самим зменшує доступність цього ресурсу ддя іншого організму.
Конкуренція буває внутрішньовидова і міжвидова. Якщо чисельність популяції невелика, то внутрішньовидова конкуренція виражена слабо і ресурси є в достатку. При високій щільності популяції інтенсивна внутрішньовидова конкуренція знижує наявність ресурсів до рівня, що стримує подальше зростання, тим самим регулюється чисельність популяції.
Міжвидова конкуренція - взаємодія між популяціями, яке несприятливо позначається на їх зростанні і виживання. При завезенні до Британії з Північної Америки каролінський білки зменшилася чисельність звичайної білки, тому що каролінська білка виявилася більш конкурентоспроможною.
Конкуренція буває пряма і непряма.
Пряма - це внутрішньовидова конкуренція, пов'язана з боротьбою за місце проживання, зокрема захист індивідуальних ділянок у птахів або тварин, що виражається в прямих зіткненнях. При нестачі ресурсів можливо поїдання тварин особин свого виду (вовки, рисі, хижі клопи, павуки, щури, щука, окунь і т.д.)
Непряма - між чагарниками і трав'янистими рослинами в Каліфорнії. Той вигляд, який влаштувався першим, виключає інший тип. Швидко зростаючі трави з глибоким корінням знижували вміст вологи в грунті до рівня непридатного для чагарників. А високої чагарник затінював трави, не даючи їм виростати через брак світла.
3. Паразитизм - один організм (паразит) живе за рахунок харчування тканинами або соками іншого організму (хазяїна), тісно пов'язаний у своєму життєвому циклі. Паразитів розрізняють за місцем проживання:
• перебувають на поверхні господаря. Блохи, воші, кліщі - тварини. Попелиця, борошниста роса - рослини. У паразита є спеціальні пристосування (гачки, присоски і т.п.)
• всередині господаря. Віруси, бактерії, примітивні гриби - рослини. Глисти - тварини. Висока плодючість. Не призводять до загибелі господаря, але пригнічують процеси життєдіяльності
4. Хижацтво - поїдання одного організму (жертви) іншим організмом (хижаком).
Хижаки можуть поїдати травоїдних тварин, і також слабких хижаків. Хижаки мають широкий спектр харчування, легко переключаються з одного видобутку на іншу більш доступну.
Хижаки часто нападають на слабкі жертви. Норка знищує хворих і старих ондатр, а на дорослих особин не нападає.
Підтримується екологічну рівновагу між популяціями жертва-хижак.
5. Симбіоз - співжиття двох організмів різних видів при якому організми приносять один одному користь. За ступенем партнерства симбіоз буває:
Коменсалізм - один організм живиться за рахунок іншого, не завдаючи йому шкоди. Рак - актинія. Актинія прикріплюється до раковини, захищаючи його від ворогів, і харчується залишками їжі.
Мутуалізм - обидва організму отримують користь, при цьому вони не можуть існувати одне без одного. Лишайник - гриб + водорість. Гриб захищає водорість, а водорість годує його.
У природних умовах один вид не призведе до знищення іншого виду.
Екосистема.
Екосистема - це сукупність спільно мешкають різних видів організмів і умов їх існування, що знаходяться в закономірній взаємозв'язку один з одним.
Термін запропонований в 1935 році англійським екологом Текслі. Найбільша екосистема - біосфера Землі, далі по зменшенню: суша, океан, тундра, тайга, ліс, озеро, пень від дерева, горщик з квітами.

Наземні

Водні

ставки
болота
відкритий океан
прибережні води
глибоководні рифтові зони
водосховища
річки
струмки
озера
тундра
Прісноводні

Морські

тайга
листяні ліси
степу
пустелі
савани


1. Екосистема океану.
Одна з найбільших екосистем (94% гідросфери). Життєве середовище океану безупинна, у ній відсутні кордони, що перешкоджають розселенню живих організмів (на суші межа - океан між материками, на материку - річки, гори і т.п.). В океані вода знаходиться в постійному русі. Існують горизонтальні і вертикальні течії. У воді розчинено - 48-10 т солей.
Ці фізико-хімічні особливості створюють сприятливі умови для утворення та розвитку різноманітних організмів. В океані нараховується:
• 160 000 видів тварин (80 тис. молюсків, 20 тис. ракоподібних, 16 тис. риб, 15 тис. простих).
10 000 видів рослин. В основному різні види водоростей.
Однак органічна життя розподіляється по горизонталі й вертикалі нерівномірно. У залежності від а біотичних факторів (світловий режим, t, солоність і т.д.) океан поділяють на кілька зон.
*    У залежності від освітлення:
верхня освітлювана - до 200 м (евфотіческая)
• нижня, позбавлена ​​світла - понад 200 м (афотіческая)
* Екосистема океану також ділиться на:
• товща води (пелагіаль)
• дно (бенталь)
* В залежності від глибини:
• до 200 м (літоральної зона)
• до 2500 м (Батіальні зона)
• до 6000 м (Абісальна зона)
• більше 6000 м (ультраабіссальная зона)
У відкритому океані в порівнянні з прибережною зоною їжа менш сконцентрована, тому тут різноманітні активно плаваючі організми (риби, кальмари, акули, кити і т.д.).
Харчова ланцюг: фітопланктон - зоопланктон - планктоноядні риби - хижі риби - детрітофагі (бактерії, які живуть в основному на дні).
2. Прибережна зона.
Прибережна зона має оптимальні умови для життя в порівнянні з відкритим океаном (світло, t, достатня кількість поживних речовин та інших) - тому тут спостерігається максимальне видове різноманіття флори і фауни (до 80%).
Харчова ланцюг: аналогічно п. 1.
3. Глибоководна рифтова зона океану.
Відкрита в 1977 році в зоні підводного хребта Тихого океану на північний схід від Галапагоських островів. Тут на глибині 2600 м існують «оазиси життя» - гігантські черв'яки (до 1,5 м), великі білі молюски, креветки, краби, окремі види риб. Вражає дуже висока щільність біомаси-до 15 кг / м , В інших місцях на такій же глибині - до 0,01 кг / м (У 1500 разів більше).
Глибоководна зона характеризується повною темрявою, величезним тиском. Адаптація - редукція плавального міхура, органів зору, розвиток органів свічення і т.п.
Рифтовая зона - крім повної темряви, високий вміст сірководню і отруйних металів, є виходи термальних джерел. Аналогічні ділянки зустрічаються в інших районах океану.
У даній екосистемі сірчані бактерії відіграють роль рослин, використовуючи замість сонячного світла сірководень і сполуки сірки (хемосинтез).
Серобактерии - перша ланка у харчовому ланцюгу, далі - погонофори, всередині тіла яких живуть бактерії, переробні сірководень і постачають організму необхідні поживні речовини. Також у симбіозі з серобактериями існують молюски.
4. Прісноводна екосистема. Наприклад: ставок.
Харчова ланцюг: зелені рослини (латаття, кубушка, очерет), водорості фітопланктону - зоопланктон (ракоподібні) рослиноїдні риби - хижі риби (короп) - хижі риби (щука).
5. Екосистема пустелі. Опади менше 250 мм / рік
Поширення: Африка (Сахара), Близький Схід, Центральна Азія, південний захід США і т.д. Клімат: дуже сухий, спекотні дні, холодні ночі
Бувають:
-Піщані (Кара-Кум)-тропічні
-Кам'янисті (Сахара)-помірні
-Глинисті (Гобі)-арктичні
Рослинність: рідколистяні чагарник, кактуси, низькі трави, швидко покривають землю квітучим килимом після дощів. У рослин велика поверхнева коренева система, перехоплюються вологу рідкісних опадів, або стрижневі корені, проникаючі до грунтових вод (30 м. і більше).
Тваринний світ; різноманітні гризуни (ховрашок, тушканчик), ящірки, змії, орли, грифи, багато дрібних птахів, комахи. Особливості: займають 1 / 3 поверхні і площа їх зростає.
6. Савани.
Опади - 750 - 1650 мм / рік, головним чином під час сезонних дощів.
Розповсюдження - субекватріальная Африка, Південна Америка, південь Індії.
Клімат - сухий, жаркий, велику частину року рясні дощі протягом вологого сезону.
Рослинність - трава з рідкісними листопадними деревами (акація, кактуси).
Тваринний світ - великі травоїдні тварини - зебри, антилопи, жирафи, хижаки - леви, леопарди, гепарди, терміти (детрітофагі).
7. Степу. Опади - 250 - 750 мм / рік
Розповсюдження - центр Північної Америки, Росія, окремі райони Африки, Австралії.
Клімат - сезонний. Літо - від помірно теплого до печені. Зима-t <0 C.
Рослинність - трави (до 2 м. в Північній Америці або <0,5 м. в Росії) окремі дерева, чагарники
Тваринний світ - великі травоїдні - бізони, антилопи, дикі коні, кенгуру) жірант, зебри, хижаки - леви, леопарди, гепарди, гієни, птахи, дрібні риючі ссавці - кролик, ховрах.
Особливості - більшість степів перетворено в с / г поля-кукурудза, пшениця, соя, пасовища - вівці, рогата худоба.
8. Тропічні вологі ліси. Опади - більше 2400 мм / рік, майже кожен день дощ.
Розповсюдження - північ Південної Америки, Центральна Америки, екваторіальна Африка, південно-східна Азія.
Клімат - без зміни сезонів, середньорічна температура приблизно дорівнює 28 С.
Рослинність - Найбільша за різноманітністю видів і біомасі рослин екосистема. Ліси з деревами до 60м. і вище (червоне дерево, вовняне, шоколадне, бальзовое, леопардове дерево, сандал). На стовбурах, гілках - ліани.
Тваринний світ - дуже різноманітний. Мавпи, змії, ящірки, білки-летяги, жаби, павуки, мурахи, папуги, колібрі, комахи (багато).
Особливості - грунти бідні, більша частина поживних речовин міститься в біомасі поверхнево вкоріненою рослинності.
9. Листяні ліси. Опади - 750 -2000 мм / рік.
Розповсюдження - схід Північної Америки, Європа, Росія.
Клімат - сезонний. Зимові t <0, хоча не нижче -12 С.
Рослинність - листопадні дерева. Характеризуються багатоярусність. Дерева - дуб, липа, клен, ясен ... Чагарники, трави, мохи, лишайники.
Тваринний світ - олень, козуля, кабан, заєць, їжак, вовк, лисиця, рись. Птахи - тетерев, глухар, рябчик, дрізд, дятел, синиця, сова, сокіл У грунті - кроти, землерийки, черв'яки, нематоди, кліщі ...
Особливість - адаптація до сезонного клімату - скидання листя, зимова сплячка, міграція в теплі країни.
10. Тайга. Опади - 250 - 750 мм / рік.
Розповсюдження - північні райони Північної Америки, Європи, Азії.
Клімат - сезонний. Довга холодна зима, багато опадів у вигляді снігу (зберігає тепло в грунті).
Рослинність - вічнозелені хвойні - кедр, сосна, ялина, ялиця, модрина.
Тваринний світ - травоїдні - лось, олень, заєць, білка, гризуни. Хижаки - рись, вовк, лисиця, ведмідь, норка, росомаха. Безліч птахів - рябчик, глухар, дятел ... Кровоссальні - 40 видів мошок.
Особливості - багато озер і боліт, товста підстилка з хвої.
11. Тундра.
Опади - менше 250 мм / рік.
Розповсюдження - північ Євразії та Північної Америки.
Клімат - сезонний. Дуже холодна довга зима (полярна ніч). Середньорічна температура нижче -15 С. Влітку вічна мерзлота відтає всього на метр.
Рослинність - мохи, лишайники, трави, низькорослі чагарники (адаптація - холодостійкість), лохина, морошка, брусниця.
Тваринний світ - дрібні ссавці бабаки, ховрахи, лемінги. Хижаки - песець, горностай, вовк, сова. Північний олень, зайці. Безліч птахів - гуси, куріпки, качки, кулики. Комарі, гедзі, павуки.
Особливості - болотисті грунти.
Всі екосистеми взаємопов'язані і взаємозалежні.
Люди зі своїми культурними рослинами і тваринами утворюють екосистему людини, яка взаємодіє з усіма іншими екосистемами планети ..
Біотична структура екосистеми.
Незважаючи на величезну різноманітність екосистем - від тропічних лісів до пустель, ліси, болота, озера, на думку екологів їм властива однакова біотична структура. Всі екосистеми включають одні і ті ж основні категорії організмів, що взаємодіють один з одним, стереотипним чином. Це наступні категорії: зелені рослини, консументи, детрітофагі.
1. Зелені рослини.
Це в основному зелені рослини (одноклітинні водорості, трави, дерева, і т.д.).
Фотосинтез - це хімічна реакція, що протікає за участю хлорофілу клітини зелених рослин за рахунок сонячної енергії. З 2 з повітря, Н 2 О з грунту і сонячна енергія - виходить глюкоза (найпростіший з Сахаров) і О . Фотосинтез йде в кожній клітині зеленого листя.
6 СO 2 +6 Н 2 O + Q = C 6 H 12 O 6 +6 O 6
О 2 виділяється в атмосферу. З глюкози і мінеральних елементів з грунту рослини синтезують складні речовини, що входять до складу організму (білки, жири, вуглеводи, ДНК і т.д.).
Про
CO 2
глюкоза
білки, жири, вуглеводи, ДНК

H 2 O
Мінеральні речовини
N, P, K


Т.ч. рослини продукують складні органічні сполуки з простих неорганічних (СO , Н О). При цьому сонячна енергія накопичується в органічних сполуках поряд з хімічними елементами.
2. Консументи.
Тварини харчуються органічними речовиною, використовуючи його як джерело енергії і матеріал для формування свого тіла. Тобто зелені рослини продукують їжу для інших організмів екосистеми. До консументам відносяться риби, птиці, ссавці ... і людина. рівнями
Тварини, що живляться безпосередньо рослинами, називаються первинними консументами (рослиноїдні). Їх самих вживають в їжу вторинні консументи (хижаки). Бувають консументи третього, четвертого і більш високих порядків. Заєць їсть моркву - первинний консументи, лисиця, яка з'їла зайця - вторинний консументами. Людина - їсть овочі - первинний консументи, а м'ясо - вторинний, хижу рибу (щуку) - третього порядку. Тобто організм може відповідати різним і називається-всеїдний.
3. Детритофаги.
Це організми, які живляться мертвими рослинними і тваринами залишками (опале листя, Фека, мертві тварини - це називається детрит).
Це грифи, гієни, черв'яки, раки, терміти, мурашки, гриби, бактерії і т.д. Їх головна роль - харчуючись мертвою органікою детрітофагі розкладають її. Відмираючи, самі стають частиною детриту.
Деякі організми не укладаються в цю схему. Наприклад: комахоїдні рослини. Вони вловлюють комах, частково перетравлюють їх за допомогою ферментів і органічних кислот, в результаті чого заповнюють недолік азоту та інших поживних речовин. У Росії - 20 видів (венеріка мухоловка, сарраценія, росичка). Мешкають у місцях з недостачею N, Р, К (болота - дуже бідні поживними речовинами).
Харчова мережа. Трофічні рівні.
При вивченні біотичної структури екосистеми стає очевидним, що одне з найважливіших взаємин між організмами - це харчове. Можна простежити незліченні шляху руху речовини в екосистемі, при якому один організм поїдається іншим, а той - третім і т.д.
Харчова ланцюг - це шлях руху речовини (джерело енергії і будівельний матеріал) в екосистемі від одного організму до іншого.
Рослина корова
Рослина корова людина
Рослина коник миша лисиця орел
Рослина жук жаба змія птах
позначає напрямок руху.
У природі харчові ланцюги рідко ізольовані один від одного. Набагато частіше представники одного виду (рослиноїдні) харчуються кількома видами рослин, а самі служать їжею для кількох видів хижаків. Перенесення шкідливих речовин в екосистемі.
Харчова мережа - це складна мережа харчових взаємин.
Детритофаги
Орел Детритофаги V
Лисиця Людина Орел Детритофаги IV
Миша Заєць Корова Людина Детритофаги III
II
Пшениця Трава Яблуня I
Незважаючи на різноманіття харчових мереж, вони всі відповідають загальній схемі: від зелених рослин до первинних консументам, від них до вторинних консументам і т.д. і до детрітофагів. На останньому місці завжди стоять детрітофагі, вони замикають харчовий ланцюг.
Трофічний рівень - це сукупність організмів, що займають певне місце в харчовій мережі.
I трофічний рівень - завжди рослини,
II трофічний рівень - первинні консументи
III трофічний рівень - вторинні консументи і т.д.
Детритофаги можуть перебувати на II і вище трофічному рівні.
Зазвичай в екосистемі налічується 3-4 трофічних рівня. Це пояснюється тим, що значна частина споживаної їжі витрачається на енергію (90 - 99%), тому маса кожного трофічного рівня менше попереднього. На формування тіла організму йде відносно небагато (1 - 10%. Співвідношення між рослинами, консументами, детритофагами виражають у вигляді пірамід.
Піраміда біомаси - показує співвідношення біомас різних організмів на трофічних рівнях.
Піраміда енергії-показує потік енергії через екосистему. (Див.рис.)
Очевидно, що існування більшої кількості трофічних рівнів неможливо, через швидке наближення біомаси до нуля.
 

III 3,5 дж вторинний консументи (вовк)


II 500 дж первинний консументи (корова)


I 6200 дж рослини

2,6 * 10 дж поглинена сонячної енергії

1,3 * 10 дж падає на поверхню землі на
деяку площу
 

Піраміда енергії
 

III 10 кг лисиця (1 )
II 100 кг заєць (10 )
I 1000 кг рослини на лузі (100 )
 

Піраміда біомаси.
Автотрофи і гетеротрофи.
Автотрофи - це організми, здатні будувати свої тіла за рахунок неорганічних сполук, використовуючи сонячну енергію.
До них відносяться рослини (тільки рослини). Вони синтезують із СО , Н О (неорганічні молекули) під впливом сонячної енергії - глюкозу (органічні молекули) і О . Вони складають першу ланку у харчовому ланцюгу і знаходяться на 1 трофічному рівні.
Гетсротрофи - це організми, які не можуть будувати власне тіло з неорганічних сполук, а вимушені використовувати створене автотрофами, вживаючи їх в їжу.
До них відносяться консументи і детрітофагі. І знаходяться на II і вище трофічному рівні. Людина теж гетеротрофи.
Вернадському належить ідея, що можливо перетворення людського суспільства з гетеротрофного і автотрофне. В силу своїх біологічних особливостей людина не може перейти до автотрофности, але суспільство в цілому здатне здійснити автотрофний спосіб виробництва їжі, тобто заміна природних сполук (білки, жири, вуглеводи) на органічні сполуки, синтезовані з неорганічних молекул або атомів.
Зміна речовини і енергії в організмах.
Зелені рослини.
У рослинах відбувається процес фотосинтезу, при якому з СО , Н О і сонячної енергії виходять глюкоза і О . При цьому сонячна кінетична енергія перетворюється на потенційну енергію молекул глюкози. Глюкоза - це органічна молекула з високою потенційною енергією. З сонячної енергії близько 2% перетворюється в потенційну енергію молекул глюкози.
Глюкоза в рослинах виконує 2 функції:
1. Служить будівельним матеріалом тіла, тобто з глюкози утворюються складні органічні молекули (крохмаль, целюлоза, ліпіди, білки, нуклеїнові кислоти).
2. Джерело енергії для всіх процесів життєдіяльності рослин, тобто побудову тканин, поглинання поживних елементів з грунту, дихання.

3.
Про

Фотосинтез Глюкоза



Клітинне Будівництво
СО дихання тканин



Енергія
СО

Заєць Лисиця
екскременти


Н Про скременти
З 6 Н 12 О 6 + О 2 Þ 6СО 2 + 6H 2 O + Q
Процес розщеплення органічних молекул з виділенням енергії називається клітинним диханням. Тобто молекула глюкози в присутності кисню руйнується до ÑО , Н Про з виділенням енергії. Даний процес йде в кожній клітині і в цілому протилежний фотосинтезу.
Трави - енергія 40-50%
Дерева - 70-80% (в основному на дихання)
Продуктивність екосистем, т / м 2 × рік:
• Вологі тропічні ліси - 2200, листяні ліси - 1200, тайга - 800, тундра - 140, пустелі - 90, озера, річки - 250 , Океан - 80
Т.ч. тільки частина глюкози використовується рослиною для свого зростання, а інша частина знову руйнується з виділенням енергії, необхідної для протікання фізіологічних процесів.
Консументи.
Тваринам властива активне вироблення кінетичної енергії (рух, біг, підтримання постійної температури тіла, дихання тощо). Джерело енергії - потенційна енергія органічних молекул, що споживаються в складі їжі. Значна частина їжі (90 - 99%) руйнується з вивільненням енергії, який би всі функції організму і губиться в кінці кінців у вигляді виділяється тілом тепла.
Будівельна роль їжі.
Частина з'їденої, перевареної і надійшла в кров їжі служить сировиною для росту і відновлення тканин тіла. Для цього також необхідні певні вітаміни і мікроелементи (Fe, Сі, Mn, Zn). Якщо в їжі немає будь-якого з необхідних інгредієнтів, скільки б калорій не містила їжа, неминучі функціональні розлади.
Незасвоюваній речовина.
Частина їжі не перетравлюється і просто проходить через травний тракт і виводиться у вигляді фекалій або екскрементів.
Детритофаги - аналогічно консументам.
зростання тканин тіла.
Їжа клітинне дихання Про
органічне (енергія) речовина з високою
потенційною енергією СО
Н О, N, Р ... (Із сечею)
екскременти
Т.ч. відбувається перетворення енергії з однієї форми в іншу, а саме сонячної енергії в потенційну енергію, що запасається рослинами, а її-в інші види в міру проходження по харчового ланцюга. На кожному трофічному рівні частина потенційної енергії їжі витрачається на життєві функції і частина втрачається у вигляді тепла. Тобто відбувається потік енергії через систему.
Зелені Первинні Вторинні
рослини консументи консументи


Детритофаги

Мінеральні
речовини Тепло
енергія
---- Речовина
Принцип функціонування екосистем.
1. Одержання ресурсів і позбавлення від відходів відбуваються в рамках кругообігу всіх елементів. Ми бачимо як чітко взаємодіють рослини, консументи і детрітофагі, поглинаючи і виділяючи різні речовини. Органіка і кисень, утворені при фотосинтезі в рослинах, потрібні консументам для живлення і дихання. А виділяється консументами СО і мінеральні речовини сечі - необхідні рослинам.
2. Екосистеми існують за рахунок не забруднює середовище і практично вічною сонячної енергії, кількість якої відносно постійно і надлишково.
Сонячна енергія хімічна потенційна енергія рослин (передається по харчових ланцюгах) втрачається у вигляді тепла
Надлишок-рослини використовують 0,5% від падаючої на Землю
Вічна - кілька млрд. років
3. Чим більше біомаса популяції, тим нижче займаний його трофічний рівень (99% на енергію).
Закон лімітуючого чинника.
Для різних видів рослин і тварин умови, в яких вони особливо добре себе почувають, неоднакові. Наприклад, одні рослини віддають перевагу дуже вологий грунт, інші - суху. Одні вимагають сильної спеки, інші краще переносять більш холодне середовище і т.п. У лабораторних експериментах ці відмінності виявляються особливо чітко.
Проведено наступні лабораторні дослідження. Рослини вирощують в різних камерах, де контролюються всі абіотичні чинники. При цьому один фактор змінюється, а інші залишаються незмінними. У даному випадку змінюється температура / Результати показують, що в міру підвищення температури від деякої величини, нижче якої зростання взагалі не можливий,,. рослина розвивається все краще і краще, поки швидкість зростання не досягне максимального значення. При подальшому підвищенні температури рослина буде відчувати себе все гірше і гірше і в остаточному підсумку загине. Графічно це можна зобразити наступним чином.
Швидкість
зростання


t, З


8 18 28 38
Зона Зона Зона
стресу оптимуму стресу


Діапазон стійкості



Нижня межа Верхня межа
У кожного фактора, що впливає на зростання, розмноження і виживання організму, є оптимум, зона стресу і далі зона, в якій існування даного організму не можливо.
Зона оптимуму - це звичайно діапазон температур, а не конкретна величина тобто діапазон температур, при яких максимальна швидкість росту.
Ліворуч і праворуч від зони оптимуму знаходяться зони стресу, в них рослина відчуває стрес за швидкість росту різко зменшується.
Діапазон стійкості - діапазон температур, в якому можливе зростання рослини.
Межа стійкості - мінімальна та максимальна температура придатна для життя.
Подібні експерименти можна провести і дня перевірки впливу інших факторів, причому результати графічно завжди однакові.
Подібні експерименти показують, що види можуть істотно відрізнятися з точки зору оптимальних умов і меж стійкості. Наприклад, кількість води оптимальне для одного виду викликає стрес у іншого і призводить до загибелі третій вид. Деякі рослини взагалі не переносять заморозків (t <0 ° C), це веде до їх загибелі, інші рослини здатні вижити при невеликих холодах, а є рослини, для яких кілька тижнів негативних температур - необхідна умова завершення життєвого циклу. Те ж саме справедливо і для інших екологічних чинників.
В описаному вище експерименті змінювався тільки один фактор, а інші як би відповідали зоні оптимуму. Таким чином ми спостерігали дію закону лімітує фактора.
Навіть єдиний фактор за межами свого оптимуму призводить до стресового стану організму, а в межі - до його загибелі.
Такий фактор називається лімітуючим. Це відноситься до будь-якого впливає на зростання параметру, якого «занадто мало» або «дуже багато». Наприклад, загибель рослин викликається і надмірним поливом і надлишком добрив, так і нестачею води і поживних речовин. Це відомо садівникам.
Закон лімітуючого фактора був сформульований Лібіхом в 1840 році в ході його спостережень за впливом на рослини мінеральних добрив. Він виявив, що обмеження дози будь-якого добрива веде до однакового результату - уповільнення росту.
Подальші спостереження показали, що він відноситься до всіх впливає на організм абіотичних і біотичних факторів. Це може бути і конкуренція, хижацтво і паразитизм.
Кругообіг речовин в біосфері.
Процеси фотосинтезу органічних речовин тривають сотні мільйонів років. Але оскільки Земля кінцеве фізичне тіло, то будь-які хімічні елементи також фізично кінцеві. За мільйони років вони повинні, здавалося б, виявитися вичерпаними. Однак цього не відбувається. Більше того, людина постійно інтенсифікує цей процес, підвищуючи продуктивність створених ним екосистем.
Всі речовини на нашій планеті перебувають в процесі біохімічного кругообігу речовин. Виділяють 2 основних кругообігу великий або геологічний і малий або хімічний.
Великий кругообіг триває мільйони років. Він полягає в тому, що гірські породи підлягають руйнуванню, продукти руйнування зносяться потоками води у Світовий океан або частково повертаються на сушу разом з опадами. Процеси опускання материків і підняття морського дна протягом тривалого часу призводять до повернення на сушу цих речовин. І процеси починаються знову.
Малий кругообіг, будучи частиною великого, відбувається на рівні екосистеми і полягає в тому, що поживні речовини грунту, вода, вуглець акумулюються в речовині рослин, витрачаються на побудову тіла і життєві процеси. Продукти розпаду грунтової мікрофлори знову розкладаються до мінеральних компонентів, доступних рослинам і знову втягуються в потік речовини.
Кругообіг хімічних речовин з неорганічного середовища через рослини і тварини назад у неорганічне середовище з використанням сонячної енергії хімічної реакцій називається біохімічним циклом.
Вміст хімічних елементів у тілі людини.
Про -62,81%, З-19, 37%, H-9, 31%, N-5, 14%, Ca-1, 38%, Р-0, 64%, S-0, 63%, Na- 0,26%, К-0, 22%, CI-0, 18%, Mg-0, 04%, F-0, 009%, Fe - 0,005%, Mn-0, 0001%.
Мікро та макроелементи.
Людина:


Макро: - З, Н, N, О, S, Р.


Мікро: - Cu, Mn, Fe, Zn, Mo, F, I, Se.
Рослини:
Мікро для фотосинтезу - Mg, Fe, Zn, V, Cl.
1. Кругообіг вуглецю.
Складний механізм еволюції на Землі визначається хімічним елементом «вуглець». Вуглець - складова частина скельних порід і у вигляді СО - Частина атмосферного повітря. Джерела СО - Вулкани, дихання, лісові пожежі, спалювання палива, промисловість та ін
Атмосфера інтенсивно обмінюється СО зі світовим океаном, де його в 60 разів більше, ніж в атмосфері, тому що СО добре розчиняється у воді (чим нижче температура - тим вище розчинність, тобто СВ більше в низьких широтах). Океан діє як гігантський насос: поглинає СО в холодних областях і частково «видуває» у тропіках.
Надмірна кількість СО в океані з'єднується з водою, утворюючи вугільну кислоту. З'єднуючись з Са, К, Na, утворює стабільні сполуки у вигляді карбонатів, які осідають на дно.
Фітопланктон в океані в процесі фотосинтезу поглинає СО . Вмираючи, організми потрапляють на дно і стають частиною осадових порід. Це показує взаємодію великого і малого кругообігу речовин.

О 2


Фотосинтез Глюкоза


СО 2
СО
СО 2
Зростання тканин
СО 2


Заєць Лисиця


Н Про


СО 2

СО 2
СО 2





СО СО


Вуглець З з молекули СО 2 в ході фотосинтезу включається до складу глюкози, а потім до складу більш складних сполук, з яких побудовані рослини. У подальшому вони переносяться по харчових ланцюгах і утворюють тканини всіх інших живих організмів в екосистемі і повертаються у навколишнє середовище у складі СО 2.
Також вуглець присутній в нафті та вугіллі. Спалюючи паливо, людина також завершує цикл вуглецю, що міститься в паливі - так виникає біо-технічний кругообіг вуглецю.
Залишилася, маса вуглецю знаходиться в карбонатних відкладах дна океану (1,3-10 т), в кристалічних породах (1-10 т), у вугіллі і нафти (3,4 - 10 т). Цей вуглець приймає участь в екологічному кругообігу. Життя на Землі і газовий баланс атмосфери підтримується відносно невеликою кількістю вуглецю (5-10 т).
2. Кругообіг фосфору.
Цей елемент входить до складу генів і молекул, що переносять енергію всередині клітин, в кісткову тканину. У різних мінералах фосфор міститься у вигляді іонів PO . Фосфати розчиняються у воді, але не летючі. Рослини поглинають іони PO   з водного розчину і включають до складу різних органів сполук. За харчових ланцюгах він переходить від рослин до інших організмів. На кожному етапі фосфор може бути виведений з організму в складі сечі.
Різниця з кругообігом вуглецю - в кругообігу вуглецю є газоподібна фаза (СО 2), у фосфору - газової фази немає.
Фосфати циркулюють в екосистемі лише в тому випадку, якщо містять фосфор відходи життєдіяльності відкладаються в місцях поглинання цього елемента. У природних екосистемах так і відбувається. Фосфор може також вступати з миючими засобами і добривами.
3.Кругооборот азоту.
Азот входить до складу білків.
Кругообіг азоту кілька складний, тому що він включає газоподібну і мінеральну фазу.
Основна частина азоту знаходиться у повітрі (78%). Однак рослини не можуть засвоювати азот безпосередньо, а тільки у вигляді іонів NH 4 + та NO 3 -.
Існують бактерії та синьо-зелені водорості, здатні перетворювати газоподібний азот в іони. Найважливішу роль серед азотофіксуючих організмів відіграють бактерії, що живуть на бульбочках бобових рослин. Рослини забезпечують бактерії місцепроживанням і їжею (цукрами), отримуючи від них замість цього доступну форму азоту. За харчових ланцюгах органічний азот передається від бобових до інших організмів екосистеми. Органічні сполуки азоту після загибелі організмів за допомогою бактерій розкладаються до аміаку і нітратів (NO 3). Нітрати частково знову поглинаються рослинами, частково відновлюються до N 2, яке надходить в атмосферу.
Наскільки регулярно здійснюється кругообіг будь-якого елемента, залежить продуктивність екосистеми, що важливо для с / господарства та вирощування лісів. Втручання людини порушує процеси кругообігу. Вирубка лісу і спалювання палива впливає на кругообіг вуглецю.
Вважається, що час перенесення вуглецю - 8 років, N2 - 110 років, кисню - 2500 років.
Кругообіг води.
Нам знайомі 3 стану води: тверде - лід, рідке - власне вода, газоподібний - водяний пар. Кількість водяної пари в повітрі визначають як вологість, зазвичай, у%.
Головне джерело надходження води - атмосферні опади, а глав-
ний джерело витрати - випаровування.
Тривалість кругообігу:
океан (3000 років), підземні води (5000 років), полярні льодовики (8500 років), озера (17 років), річки (10 днів), вода в живих організмах - кілька годин
Оскільки океани займають 70% поверхні Землі, то вода потрапляє в повітря, головним чином, випаровуючись з поверхні океану. Випаровування йде з поверхні озер, річок, грунту і т.д.
Коли повітря, максимально насичений водяною парою, охолоджується, то вода конденсується: її молекули з'єднуються в крапельки. В атмосфері вода конденсується на частинках пилу, в результаті чого утворюються туман і хмари. Коли ці краплі або кристалики льоду стають досить великими, то йде дощ або сніг.
Вода, що потрапляє на землю, або вбирається в грунт або стікає по ній. По поверхні вода стікає в струмки, річки, далі в океан, де відбувається випаровування. Вода, що ввібрала в грунт, або утримується в грунті в кількості, що залежить від водоудерживающей здатності грунту, і повертається в атмосферу при випаровуванні, або просочується вниз по тріщинах під дією сили тяжіння, досягаючи непроникного шару гірської породи, накопичується і називається грунтовими водами. Далі вода витікає на поверхню і утворює джерела, а джерела живлять струмки і т.д.
При випаровуванні в повітря піднімаються тільки молекули води, а солі та інші речовини залишаються на землі. Коли водяний пар конденсується з нього утворюється тільки вода. Т.ч. земля і атмосфера працюють як гігантський опріснювач і очищувач (опріснювача - солона вода океану).
Біотичний потенціал та опір середовища.
Збереження або зростання чисельності залежить не тільки від швидкості розмноження (число новонароджених, відкладених яєць, вироблених насіння або спір в одиницю часу). Не менш важливо і поповнення дорослого складу популяції за рахунок потомства. Висока швидкість розмноження при низьких темпах поповнення не може істотно збільшити її чисельність.
Наприклад - риби виметивают тисячі чи мільйони ікринок, але лише мізерно мала частина виживає і перетворюється на дорослу тварину. Рослини розсіюють величезна кількість насіння.
І навпаки, розмір популяції може рости за рахунок збільшення темпів поповнення при малій швидкості розмноження. Це відноситься до людей (народжуваність низька, але дитяча смертність низька, тому практично всі діти доживають до дорослого віку).
Іншим важливим чинником, який веде до зростання популяції, належить здатність тварин мігрувати, а насіння розсіюватися на нових територіях, пристосовуватися до нових місцях проживання та заселяти їх, наявність захищених механізмів і стійкість до несприятливих умов середовища і хвороб.
Біотичний потенціал - це сукупність факторів, що сприяють
збільшення чисельності виду.
У різних видів складові біотичного потенціалу неоднакові, але вони мають одну загальну властивість - стрімке збільшення чисельності при сприятливих умовах середовища. У природних умовах таке спостерігається рідко. Імовірність того, що всі умови виявляться сприятливими дуже низька. Зазвичай один або декілька факторів (t, вологість, солоність, хижаки, паразити, брак їжі) стають лімітуючими. Поєднання всіх таких «обмежувачів» називають опором середовища. Найбільше вони діють на молодих особин, а це знижує темпи поповнення. При більш суворих умовах гине частина дорослих особин.
Отже: зростання, зниження і сталість популяції залежить від співвідношення між біотичних потенціалом і опором середовища.
опір середовища:
-Нестача харчування
- Брак води
- Брак відповідних місць проживання
-Несприятливі погодні умови
-Хижаки
-Хвороби
-Паразити
-Конкуренти
Зменшення чисельності
Збільшення чисельності


біотичний потенціал:
-Народжуваність
-Здатність до розселення
-Здатність до захоплення нових місць проживання
-Захисні механізми
-Здатність витримувати несприятливі умови
Підпис: біотичний потенціал:-народжуваність-здатність до розселення-здатність до захоплення нових місць проживання-захисні механізми-здатність витримувати несприятливі умови

Принцип зміни популяції: це результат порушення рівноваги між біотичних потенціалом і опором навколишнього її середовища.
Подібне рівновага є динамічним, тобто безперервно
регулюється, тому що фактори опору середовища рідко подовгу залишаються незмінними. Наприклад: в один рік чисельність популяції знизилася через посуху, а в наступний рік повністю відновилася при рясних дощах. Подібні коливання продовжуються невизначено довго. Рівновага - поняття відносне. Іноді амплітуда відхилень мала, іноді значна, але поки скоротилася популяція здатна відновити колишню чисельність, вона існує.
Рівновага в природних системах залежить від щільності популяції, тобто числа особин на одиницю площі. Якщо щільність популяції зростає - опір середовища збільшується, у зв'язку з чим збільшується смертність і зростання чисельності припиняється. І навпаки, зі зменшенням щільності популяції - опір середовища слабшає і відновлюється колишня чисельність.
Вплив людини на природу часто призводить до вимирання популяції, тому що не залежить від щільності популяції. Руйнування екосистем, забруднення навколишнього середовища однаково впливають на популяції як з низькою, так і високою щільністю.
Крім цього, біотичний потенціал залежить від критичної
чисельності популяції. Якщо чисельність популяції (оленів, птахів або риб) падає нижче цієї величини, що гарантує відтворення, біотичний потенціал прагне до нуля і вимирання неминуче.
Існування може бути поставлене під загрозу, навіть коли безліч представників виду живі, але живуть в домашніх умовах, тобто ізольовані один від одного (папуги).
Рівновагу екосистеми.
Гомеостаз - це стан рухливо-стабільної рівноваги екосистеми (Гомі - той же, стазис - стан).
Рівновага в екосистемах підтримується процесами зі зворотним зв'язком.
Розглянемо найпростішу екосистему: заєць-рись, що складається з двох трофічних рівнях.
Зростання популяції жертви (заєць).
Зростання популяції хижака (рись).


Коли чисельність зайців невелика, кожен з них може знайти достатньо їжі та зручних укриттів для себе і своїх дитинчат. Тобто опір середовища невисоко, і чисельність зайців збільшується незважаючи на присутність хижака. Достаток зайців полегшує рисі полювання і вигодовування дитинчат. У результаті чисельність хижака також зростає. У цьому виявляється зворотна позитивний зв'язок. Однак зі зростанням чисельності зайців зменшується кількість корму, притулків і посилюється хижацтво, тобто посилюється опір середовища. У результаті чисельність зайців-знижується. Полювати хижакам стає важче, вони відчувають брак їжі та їх чисельність падає. У цьому виявляється зворотна негативний зв'язок, яка компенсує відхилення і повертає екосистему у вихідне
стан.
Подібні коливання відбуваються періодично навколо нікого середнього рівня.
Чисельність



заєць



рись

різка зміна загибель час
факторів

При деяких умовах зворотний зв'язок може бути порушена. Наприклад, на зайців став полювати інший хижак, або серед зайців виникла інфекційна хвороба. При цьому відбувається порушення збалансованості системи, яке може бути оборотним або необоротним. Роль перешкод можуть грати і абіотичні фактори. Засуха ніжает продуктивність рослин і обмежує їжу для зайців, що негайно позначитися на хижака.
При появі перешкод у системі «заєць-рись» стане менше і зайців і рисей. Стабільність системи в цілому не порушується, але обсяг трофічних рівнів зміниться. При цьому новий рівень стабільності знову буде забезпечуватися механізмами зворотного зв'язку.
Зрозуміло, що тиск перешкод не може бути безмежним. При масової загибелі зайців екосистема за рахунок зворотного негативного зв'язку не може компенсувати відхилення. Тоді ця система припинить своє існування.
загибель
Та область, в межах якої механізми негативного зворотного зв'язку здатні зберегти стійкість системи, хоча й у зміненому вигляді, називають гомеостатичним плато.
верхня межа позитивного зв'язку

гомеостатическое плато
нижня межа негативною свчязі
загибель



Екосистеми тим стабільніше у часі і просторі, чим вони складніші, тобто чим більше видів організмів та харчових зв'язків.
Екосистема людини:
80% виробленої їжі засновано на споживанні 5 видів (пшениця, рис, кукурудза, соя, цукровий очерет).
Екологічна ніша.
Місцеперебування - це місце, де живе організм (ліс, луг, болото, всередині іншого організму).
Екологічна ніша - просторово-тимчасове положення організму в рамках екосистеми (де, коли і чим харчується, де влаштовує гніздо і т.п.)
На перший погляд здається, що тварини повинні конкурувати один з одним за їжу та притулку. Однак це відбувається рідко, тому що вони займають різні екологічні ніші. Приклад: дятли витягають личинки з-під кори, горобці-зерном. І мухоловки і летючі миші ловлять мошкару, але в різний час - вдень і вночі. Жираф поїдає листя з верхівок дерев і не конкурує з іншими травоїдними.
У кожного виду тварин своя ніша, що зводить до мінімуму конкуренцію з іншими видами. Тому в збалансованій екосистемі присутність одного виду звичайно не загрожує іншому.
Адаптація до різних нішах пов'язана з дією закону лімітує фактора. Намагаючись використовувати ресурси за межами своєї ніші тварина стикається зі стресом, тобто з ростом опору середовища. Іншими словами, у власній ніші його конкурентоспроможність велика, а поза її значно слабшає або
пропадає зовсім.
Адаптація тварин до певних нішах зайняла мільйони років і протікала в кожній екосистемі по-своєму. Ввезені з інших екосистем види можуть викликати вимирання місцевих саме в результаті успішної конкуренції за їх ніші.
Приклад:
1. Шпаки, завезені до Північної Америки з Європи, за рахунок свого агресивного територіальної поведінки витіснили місцевих «синіх» птахів.
2. Здичавілі осли потруїли пустельні екосистеми, витіснивши звідти сніжного барана.
3. У 1859 році в Австралію з Англії завезли кроликів для спортивного полювання. Природні умови виявилися для них сприятливими, а місцеві хижаки - не небезпечними. У результаті кролики розплодилися на стільки, що знищили великі території пасовищ. Лисиці, привезені для знищення кроликів знайшли більш легку здобич (місцевих сумчастих). Лише пізніше вдалося визначити паразита і вирішити проблему.
4. Хлібороби шукають методи боротьби з бур'яном раніше не зустрічалася у нільської долині. Невисока рослина з великим листям і потужним корінням вже декілька років веде наступ на оброблювані землі Єгипту. Місцеві агрономи вважають його надзвичайно активним шкідником. Виявляється, що ця рослина відома в Європі під назвою «хрін сільський». Ймовірно його завезли російські фахівці, що будували металургійний комбінат.
Концепція екологічної ніші застосовна і до рослин. Як і у тварин їх конкурентоспроможність висока лише в певних умовах.
Приклад: Платани ростуть по берегах річок і в заплавах, дуби на схилах. Платан пристосований до перезволоженому грунті. Насіння платана поширюються вгору по схилу і цей вид може рости там за відсутності дубів. Аналогічно, жолуді, потрапляючи у заплаву, гинуть через надлишок вологи і не здатні конкурувати з платанами.
Екологічна ніша людини - склад повітря, води, їжі, кліматичні умови, рівень електромагнітного, ультрафіолетового, радіоактивного випромінювання та ін
Адаптація, зміна або вимирання екосистем.
У природі кожне покоління будь-якого виду піддається відбору на життєздатність і відтворення. Особи, які виживають і розмножуються, передають свої гени наступному поколінню, а гени тих, що загинули, не залишивши потомства, відсіваються з генофонду. Таким чином генофонд кожного виду відчуває дію природного відбору. Тому майже всі ознаки організму служать виживання й відтворення.
Адаптація - це процес пристосування живих організмів до певних умов зовнішнього середовища.
Існують наступні види адаптації:
1. Адаптація до кліматичних та інших абіотичних факторів (чиста шерсть, переліт птахів на південь, зимова сплячка у ведмедів, опадання листя, холодостійкість хвойних дерев).
2. Адаптація до добування їжі і води (у жирафа - довга шия, щоб їсти листя з дерев, павук плете мережу, хижаки - швидко бігають, довге коріння рослин в пустелі).
3. Адаптація, спрямована на захист від хижаків і стійкість до захворювань і паразитам (заєць - швидкий біг, їжак - голки, заєць - забарвлення, грудочки у рослин).
4. Адаптація, що забезпечує пошук і залучення партнера у тварин і запилення у рослин (яскраве оперення, спів, запах, яскравий колір у квіток).
5. Адаптація до міграції у тварин і поширення насіння у рослин (переліт птахів, стада коней, крила у насіння для переносу вітром, колючки у насіння).
При зміні будь-якого абіотичного або біотичного чинника вид очікує один з трьох шляхів:
1. Міграція - частина популяції може знайти нове місце проживання з відповідними умовами та продовжити там своє існування.
2. Адаптація - в ​​генофонді можуть бути присутніми гени, які дозволять деяким особам вижити в нових умовах і відновити потомство. Через кілька поколінь під дією природного відбору виникне популяція, добре пристосувалася до нових умов.
3. Вимирання - якщо жодна пара особин не може мігрувати, рятуючись від впливу несприятливих факторів, а ті виходять за межі стійкості всіх індивідів, то популяція зникне (динозаври).
Це означає, що в різні періоди історії Земля була населена різними істотами. Жодному увазі не гарантовано виживання.
Викопні рештки свідчать, що види з'являються, поширюються, дають початок іншим видам і в більшості випадків вимирають.
Отже у міру зміни умов існування, деякі види адаптуються і перетворюються, а інші вимирають. Що ж визначає їхню долю?
Виживання виду забезпечується його генетичною різноманітністю і слабкими коливаннями зовнішніх умов.
Якщо генофонд дуже різноманітний, навіть при сильних змінах середовища деякі особини зуміють вижити. При низькому розмаїтті генофонду, навпаки, найменша зміна середовища може призвести до вимирання виду, оскільки генів, що дозволяють особам протистояти негативному впливу не знайдеться.
Якщо зміни малопомітні і / або відбуваються поступово, більшість видів зуміє пристосуватися і вижити. Можливі такі катастрофічні зміни (ядерна війна), що не виживе жоден вид.
На виживання також впливає географічне поширення. Чим ширше поширений вид, тим, як правило, вище його генетичну різноманітність і навпаки. Крім того, при великому ареалі деякі його ділянки можуть бути видалені або ізольовані від районів, де порушувалися умови існування, в них вигляд збережеться, навіть якщо зникне з інших місць.
Якщо в нових умовах частина особин вижила, то відновлення популяції і подальша адаптація будуть залежати від швидкості відтворення, оскільки зміна ознак відбувається тільки шляхом відбору в кожному поколінні.
Наприклад: пара комах дає кілька сотень нащадків, які проходять життєвий цикл за кілька тижнів. З-но: швидкість відтворення у комах в тисячу разів вище, ніж у птахів, вигодовують пташенят 2-6 на рік, і однаковий рівень пристосованості до нових умов розвинеться в стільки ж разів швидше. Чи варто дивуватися, що комахи швидко адаптуються і набувають стійкості до застосовуваних проти них пестицидів, тоді як інші дикі види від цього гинуть.
Важливими є й розміри організму. Мухи можуть існувати і в сміттєвому відрі, тоді як великим тваринам для виживання потрібні великі простори.
Сільське господарство з його вузької генетичною базою виявляється беззахисним. Скорочення генетичного розмаїття з одного боку і прискорене погіршення навколишнього середовища з іншого боку, не сприяють стійкості біосфери. Тому в найближчі 50 років людству належить зробити вибір: або створити стійку людську екосистему або стати свідками глобальної катастрофи.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Екологія та охорона природи | Лекція
219.7кб. | скачати


Схожі роботи:
Екологія та ландшафтна екологія
Екологія 8
Екологія 9
Екологія 3
Екологія
Екологія 11
Екологія 2
Екологія 5
Екологія 20

Нажми чтобы узнать.
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru