Контрольная работа по курсу "Экология"

Министерство образования и науки Российской Федерации

Санкт-Петербургский архитектурно-строительный университет

Факультет инженерной экологии и городского хозяйства

 

 

Кафедра водопользования и экологии

 

 

 

Контрольная работа по экологии

 

 

 

 

                                                      Работу выполнил:

студент гр. СЗ-II, факультет безотрывных форм обучения

Малышева Антонина

Работу принял:

Преподаватель кафедры водопользования и экологии, доцент

Макарова Светлана Витальевна

 

 

 

Санкт-Петербург

2014 г.

 

Номер зачётной книжки 10260

Вариант № 60.

Вопрос № 1. Какие этапы в становлении экологии как самостоятельной науки можно выделить?

Ответ:

В 1859 году появилась книга Чарльза Дарвина «Происхождение видом путём естесственного отбора». Взгляды Дарвина на борьбу за существование не только как на борьбу организмов друг с другом, но и с окружающей средой, послужили научным фундаментом, на котором Э. Геккель в 1866 году возвёл здание науки об «экономике природы» - экологии.

Э. Геккель дал такое определение этой отрасли науки: «Экология-это познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношений всего живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом.»

Одним словом, экология – это наука, изучающая все сложные взаимосвязи и взаимоотношения в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование.

В истории становления экологии как самостоятельной науки выделяются несколько этапов:

• Древняя цивилизация вплоть до эпохи Возрождения – период накопления эмпирических знаний о природе
• XVIII столетие характеризуется прогрессирующими наблюдениями натуралистов и осмысливанием влияния природных факторов на развитие и эволюцию живых организмов.
• XIX век ознаменован учением Ч. Дарвина о происхождении видов, указавшим на взаимозависимость и взаимовлияние всех форм живой и неживой природы. На фундаменте учения об эволюции живых организмов Э. Геккель возвёл  здание новой науки – экологии, изучающий все взаимосвязи в природе. Эта наука стала быстро развиваться усилиями многих зарубежных и русских учёных, находивших все новые и новые доказательства единства «мёртвой» и «живой» природы. Введены термины биоценоз и биотоп. В рамках биологии оформляются различные экологические школы. Однако представленность о целостности живых организмов и условий среды ещё не стали господствующе й системой взглядов.
• Начало XX столетия – В.И. Вернадский впервые убедительно раскрыл огромное обратное влияние живого вещества на косную природу и формирование « биокосных природных тел». А Тэнсли ввёл термин «экосистема» для обозначения целостных функциональных систем надорганизменного уровня. Он указал на невозможность отделения организмов от окружающей среды. Расширяются комплексные исследования экосистем. Появляются новые направления – аутэкология, синэкология, популяционная экология.
• Вторая половина XX столетия характеризуется озабоченностью мирового сообщества угрозой экологического кризиса, обусловленного неразумной властью человека над природой. Осознана роль человека как части природы и зависимость его от ресурсов планеты и природных процессов. Возрастает интерес всех слоёв общества к экологии. Развитие науки и техники даёт в руки людей инструменты, позволяющие изучать экосистемы и биосферу в целом. Развивается системный анализ как методологическая основа экологии. Экология выходит за рамки биологии, превращаясь в интегрированную науку, наводящую мосты между естественными, техническими и общественными дисциплинами, исследует общие закономерности, справедливые как для природы, так и для общества.

 

Вопрос 2. В чем состоят различия между понятиями «биоценоз» и «экосистема»?

Определить предмет экологии позволяет концепция организации живой оболочки Земли – биосферы. Биосфера состоит из биологических систем – биосистем разного уровня сложности и организации.

 

Биосистемы – это природные системы, в которых живые компоненты, называемые биотическими, упорядоченно взаимодействуют с неживой физической средой, т.е. абиотическими компонентами, составляя с ними единое целое. Биосистемы связаны между собой иерархической структурой, образуя как бы «служебную лестницу жизни».

 

Иерархия уровней организации живой материи: 1 - генетические системы; 2 – клеточные системы; 3 – системы органов; 4 – системы организмов; 5 – популяционные системы; 6 – экологические системы (экосистемы)

Биотические и абиотические компоненты вместе образуют соответствующие биосистемы, расположенные снизу вверх в следующем порядке: 1). генетические системы, 2). клеточные системы, 3). системы органов, 4). системы организмов, 5). популяционные системы, 6). экологические системы, или экосистемы.

 

Деление иерархии на ступени условно, так как каждый уровень взаимосвязан с соседними уровнями в функциональном смысле. Например, гены не могут функционировать в природе вне клетки, клетки многоклеточных – вне органов, органы – вне организма и т.д

Все экосистемы вместе образуют биосферу Земли.

Системы, которые расположены выше уровня организмов: популяционные системы, экосистемы, биосферу в целом – изучает экология.

Следовательно, предметом экологии являются системы надорганизменного уровня – популяционные, экологические и биосфера.

 

Экологические системы, т.е. экосистемы занимают центральное место в экологии. Популяции в экосистемах объединяются в сообщество организмов – биоценоз.

Термин экосистема был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тэнсли.

Экосистема – это надорганизменная система, в которой биотический компонент представлен биоценозам, а абиотический – биотопом.

 

Биотические компоненты экосистемы состоят из трех функциональных групп организмов:

 

Экосистема — сложная (по определению сложных систем Л. Берталанфи) самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система.

Основной характеристикой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы.

Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой, например, Таковыми не являются аквариум или трухлявый пень[7]. Данные биологические системы (естественные или искусственные) не являются в достаточной степени самодостаточными и саморегулируемыми (аквариум), если перестать регулировать условия и поддерживать характеристики на одном уровне, достаточно быстро она разрушится. Такие сообщества не формируют самостоятельных замкнутых циклов вещества и энергии (пень), а являются лишь частью большей системы.

 

Биоценоз же – это сообщество всех организмов экосистемы, которые живут в определенном пространстве абиотической среды – биотопе. Биоценоз и биотоп функционируют как единое целое, образуя экосистему

Н.Ф. Реймерс отмечает, что понятие биоценоз, как и его подразделения: фитоценоз, зооценоз, микоценоз, микробиоценоз – в значительной мере условно, так как вне среды обитания организмы жить не могут.

 

Под видовой структурой биоценоза понимают разнообразие в нем видов и соотношение их численности или массы. Различают бедные и богатые видами биоценозы. Сложность видового состава во многом зависит от разнообразия среды обитания и степени критичности условий существования.

 

Понятие экосистемы шире, чем понятие биогеоценоза. Выделяют: микроэкосистемы (подушка лишайника и т. п.) ; мезоэкосистемы (пруд, озеро, степь и др.) ; макроэкосистемы (континент, океан) и, наконец, глобальную экосистему, или экосферу – интеграцию, всех экосистем мира (биосфера Земли) .

Биоценоз имеет синоним сообщество, ему также близко понятие экосистема.

 
 В целом, если биоценоз– это совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма, то экосистема - это сложная саморегулирующаяся система, характерно наличие стабильных потоков энергии между биотической и абиотической частями.

 

 

Вопрос № 3: Какие типы устойчивости определяют стабильность экосистем к внешним воздействиям?

 

Ответ:

 

Стабильность экосистем в экологии означает свойство любой системы возвращаться в исходное состояние после того, как она была выведена из состояния равновесия.

 

Любая экосистема  обладает определенной устойчивостью против внешнего воздействия, направленного на нарушение ее природного равновесия.

Стабильность определяется устойчивостью экосистем к внешним воздействиям.

 

Выделяют два типа устойчивости:  резистентную и упругую.

1. Резистентная устойчивость (лат. resistenlio - сопротивляемость) – это способность экосистемы сопротивляться нарушениям, поддерживая неизменными свою структуру и функции.
2. Упругая устойчивость – это способность системы быстро восстанавливаться после нарушения её структуры и функций.

 

Например, калифорнийский лес из секвойи устойчив к пожарам. (высокая резистентная устойчивость), но если он сгорит, то будет очень долго и медленно восстанавливаться, или вовсе не восстановится (низкая упругая устойчивость).

И наоборот, заросли вереска очень легко выгорают, (низкая резистентная устойчивость) и очень быстро восстанавливаются ( высокая упругая устойчивость).

 

Системе трудно одновременно развить оба типа устойчивости: они связаны обратной связью, а иногда исключают друг друга.

Как правило, экосистемы, характеризующиеся высокой резистентной устойчивостью, обладают плохой упругой устойчивостью (например, почва) и, наоборот, экосистемы с плохой резистентной устойчивостью показывают высокую упругую устойчивость (например, лес).

 

Устойчивость экосистем к внешним воздействиям определяется компенсаторными возможностями природы, ее способностью к самовосстановлению, в основе которой лежат различные физические, химические и биологические процессы, протекающие под воздействием солнечных лучей, физико-химических факторов среды, атмосферных явлений, жизнедеятельности многочисленных видов флоры и фауны.

 

 

Вопрос 4: Какая сукцессия называется автотрофной?

 

Ответ:

 

Наблюдения показывают, что в результате естественных (движения ледников, пожаров, наводнений, землетрясений, извержений вулканов и др.) или антропогенных (пожаров, вырубки леса, добычи полезных ископаемых, создания водохранилищ, загрязнения и т. д.) нарушений биоценозы и даже почва в экосистемах частично или полностью могут исчезать. После таких крупномасштабных изменений данный участок начинает возрождаться в несколько этапов. Например, заброшенные поля или выжженный лес постепенно завоевываются многолетними дикими травами, затем кустарниками и, в конце концов, деревьями. Такой закономерный процесс, при котором биоценоз экосистемы с течением времени последовательно замещается серией других биоценозов, и называется экологической сукцессией.

Экологическая сукцессия - это закономерная последовательная смена биоценозов, преемственно возникающих на одном и том же биотопе под воздействием природных или антропогенных факторов.

Автотрофная сукцессия - широко распространенное в природе явление, которое начинается в незаселенной среде: формирование леса на брошенных землях или восстановление жизни после извержения вулканов и других природных катастроф. Она характеризуется длительным преобладанием автотрофных организмов.

Сукцессии обычно начинаются в незрелых несбалансированных сообществах, у которых скорости продукции органического вещества П либо больше, либо меньше скорости дыхания Д. Сообщество стремится к более стабильному, зрелому состоянию, где П = Д. Сукцессия, начинающаяся при П > Д, называется автотрофной, а при П < Д - гетеротрофной. Отношение П/Д является функциональным показателем зрелости экосистем.

 

Автотрофная сукцессия характеризуется длительным преобладанием автотрофных организмов, при котором соотношение П/Д > 1. В процессе сукцессии П/Д стремится к  1. (Автотрофы - это организмы, которые в качестве питательного материала используют простые неорганические вещества: воду, углекислый газ, нитраты, фосфаты.)

При П > Д постепенно растут биомасса организмов Б и отношение биомассы к продукции Б/П, т. е. увеличиваются размеры организмов. По мере роста продукции П растет и величина ее расходов на дыхание Д.

 

Вопрос № 5: Как можно оценить эффективность использования энергии?

 

Ответ:

 

Энергия в экосистемах – это основа и средство управления всеми природными и общественными системами. С помощью энергии выращиваются продукты питания, необходимые человеку и другим организмам; поддерживается температура тела и обогреваются жилища; производится промышленная продукция; создаются сложнейшие технические сооружения и устройства, интеллектуальные и культурные ценности. Энергия позволяет переводить вещества из одного состояния в другое, перемещать предметы и организмы, осуществлять круговорот веществ в природе и т. д.

Очевидно, что законы превращения энергии проявляются во всех процессах, происходящих в природе и обществе, включая экономику, культуру, науку и искусство. Энергия - движущая сила мироздания. Компонент энергии есть во всем: в материи, информации,  произведениях искусства и человеческом духе.

Энергия - одно из основных свойств материи - способность производить работу.

 

Законы термодинамики имеют универсальное значение в природе. Лауреат Нобелевской премии Ф. Садди писал: «Законы термодинамики определяют взлеты и падения политических систем, свободу и ограничения государств, развитие торговли и промышленности, причины богатства и нищеты, благосостояние человечества».

 

Превращение энергии Солнца в энергию пищи путем фотосинтеза, происходящего в зеленом листе, иллюстрирует действие двух законов термодинамики, которые справедливы и для любых других систем.

 

Первый закон термодинамики - закон сохранения энергии - гласит: энергия не создается и не исчезает, она превращается из одной формы в другую.

Закон подразумевает, что в результате превращений энергии никогда нельзя получить ее больше, чем затрачено: нельзя из ничего получить нечто. Однако на выходе из системы энергия преобразуется в иные формы.

 

Второй закон термодинамики утверждает: при любых превращениях энергия переходит в форму, наименее пригодную для использования и наиболее легко рассеивающуюся.

Экология, по сути дела, изучает связь между солнечным светом и экологическими системами, внутри которых происходят превращения энергии света.

Энтропия является физической мерой беспорядка, т. е. мерой количества связанной потенциальной энергии, которая становится недоступной для использования.

Высокоупорядоченные системы обладают низкой энтропией, а неупорядоченные, в которых вещество или энергия рассеяны, характеризуются высокой энтропией.