Шпаргалка по "Экологии"

1.Экология как наука и учебная дисциплина. Термин «Экология» как самостоятельная наука был предложен в XVIII в. Эрист Геккелем. В последствии в становлении экологии участвовало множество российских ученых. «Экология» (ойкос-дом, логос-учение) Экология как наука имеет 2 аспекта:1)стремление к познанию ради своего познания, 2)применение собранных знаний для решения проблем природопользования. Практическое значение экологии заключается в создании научной основы эксплуатации природных ресурсов. По мнению ученых, экология-наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязей м/у организмами и средой, в которой они обитают. Основными задачами экологии яв-ся: 1) исследование закономерностей, организации жизни, в том числе с учетом антропогенного воздействия на биосферу. 2)создание научной основы эксплуатации биологических ресурсов, прогноз изменений природы под влиянием человека, управление процессами, протекающими в биосфере, сохранение среды обитания чел-а. 3) разработка системы мероприятий, обеспечивающий минимальные применения хим-их средств с вредными видами животных и растений. 4) регуляция численности живых организмов. 5) экологическая индикация при определении св-в элементов данного ландшафта в том числе индикация состояния и загрязнения природных средств.   Экология имеет длительную историю становления. Происхождение видов(1859), где внимание уделялось приспособлениям и взаимоотношениям   обратил внимание на специфическую роль чел-а и возможные катастрофические последствия(1829). Докучаев показал связь живых орг. и неживой природы на примере почвоведения, выделил природные зоны.  Морозов раскрыл связи в лесных сообществах, которые бывают прямыми и обратными. Вернадский показал определяющую роль живых орг. и продуктов их жизнедеятельности в геологических явлениях, стал автором учения о биосфере.

2. Энергия как экосистема. Энергия – общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи, благодаря чему все явления природы связано воедино. Энергия – способность производить работу. 1-ый закон термодинамики гласит: энергия в природе не возникает из ничего не исчезает, она только переходит из одной формы в другую. При этом Е остается постоянным.2-ой : поскольку некоторая часть Е всегда рассеивается в виде недоступной для использования тепловой Е, эффективность самопроизвольного превращения кинетической Е в потенциальную всегда меньше 100% Важнейшая термодинамическая хар-ка – способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т.е. с низкой энтропией (мера упорядоченности) Упорядоченность экосистемы поддерживается в рез-те дыхания всего сообщества, при котором неупорядоченность как бы откачивается из сообщества. Отношение Е ,затрачиваемой в экосистеме на дыхание, обозначают как меру термодинамической упорядоченности. Существование экосистемы возможно лишь при притоке из ОС не только Е, но и в-ва. Таким образом, экосистемы и орг-мы представляют собой открытые неравновесные термодинамические системы. Сущность жизни состоит в непрерывной последовательности таких изменений, как рост, и синтез сложных хим-их соединений. Без переноса Е, сопровождающего все эти изменения, не было бы и жизни, и экологических систем. Экология изучает связь м/у светом и экосистемами и способы превращения Е внутри системы. Отношения м/у растениями-продуцентами и животными-консументами, м\у хищником и жертвой, лимитируются и управляются потоком Е, превращающейся из ее концентрированных форм в рассеянные. Попав на землю, лучистая Е Солнца стремится превратиться в тепловую. Небольшая часть световой Е превращается в потенциальную Е пищи, большая ее часть превращается в тепло. Продуктивность экосистемы. Общий поток Е состоит из солнечного излучения и длинноволнового теплового излучения, получаемого из ближайших тел. Оба вида определяют климатические усл., но в фотосинтезе используется лишь малая часть Е солнечного излучения. Лишь 0,5 % Е превращается в основную или первичную продукцию экосистемы. Она опр-ся как скорость, с которой лучистая Е исп-ся продуцентами в процессе фотосинтеза, накапливаясь в форме хим-их связей органических в-в. Валовая первичная прод.-скорость накопления в процессе фотосинтеза орг-ого в-ва, включая ту его часть, которая за время измерений будет израсходована на дыхание. Частичная первичная прод.-скорость накопления орг-ого в-ва в растительных тканях за вычетом той его части, которая использовались на дыхание растений в течение изучаемого периода. Вторичная прод-скорость накопления орг-ого в-ва на уровне животных-консументов. Чистая прод. сообщества- скорость нак. Орг-ого в-ва, не потребленного гетеротрофами.

3. Трофические цепи и  уровни. Перенос Е пиши от ее источника ч/з ряд орг-ов, происходящий путем поедания одних орг-ов другими – пищевой (трофический). При каждом переносе большая часть потенциальной Е теряется, переходя в тепло. Пищевые цепи можно разделить на 2 типа: пастбищная цепь начинается с продуцента и завершается хищником и детритная – нач-ся мертвым орг-им в-вом, переходит к к микроорганизмам и грибам, а затем к детритофагам и их хищникам. Пищевые ц. переплетаются друг с другом, образуя пищевые сети. В сложных природных сообществах орг., получающие свою Е от Солнца ч/з одинаковое число ступеней, считаются принадлежащими к одному троф-ому уровню. Трофика –питание тканей. Зеленые растения занимают 1-ый трофич. Ур.(продуценты или автотрофы), травоядные-2-ой (первичные консументы),  первичные хищники, поедающие травоядных – 3-ий(уровень вторичных конс.), вторичные хищ. -4-ый (ур. Третичных консументов). Человек занимает 2,3 тр. ур. Яв-ся консументом 1-3 порядка. Растения фиксируют лишь малую долю поступающей Е солнечного излучения, поэтому число консументов, которые могут прожить при данном выходе первичной продукции сильно зависит от длины пищевой цепи, поэтому если в рационе увел-ся содержание мясных продуктов, то уменьш. кол-во людей, которых можно прокормить.

4. Суть экологических  пирамид.  Длина пищевой, троф. Цепи, явл-ейся одновременно цепью передачи Е, не может быть слишком большой. Она не превышает 5-7 уровней, т.к. питаться «свободной» солнечной Е могут только продуценты, составляющие 1-ый т/ур. Эта Е тратится на поддержание обменных процессов на метаболизм. Эту Е исп-ют все консументы. В рез-те взаимодействия энергетических явлений в пищевых цепях и такого фактора, как зависимоть метаболизма от размеров особи, каждое сообщество приобретает определенную трофическую структуру. Трофическую структуру можно измерить и выразить урожаем на корню, кол-вом Е, фиксируемой на единицу площади за единицу времени на последовательных троф. Ур. Троф. Структуру и троф. Функцию можно изобразить в виде экологических пирамид. Их можно отнести к 3 типам: 1) пирамида численностей, отражает числ-сть отдельных орг. 2) пирамида биомассы, хар-ет общую сухую массу, калорийность. 3) пирамида энергии, показывает величину потока Е и «продуктивность» на последовательных троф. Уровнях. Из 3 типов пирамида энергии дает наиболее полное представление о национальной организации сообществ.

5. Механизмы поддержания  равновесия климата. Климат – многолетний режим погоды, свойственный той или иной местности на Земле. Климатические показатели: атм. Давление, скорость и направление ветра, температура и влажность воздуха, облачность и осадки.  Основными процессами, формирующими кимат, яв-ся теплооборот, влагооборот и общая циркуляция атм. Теплооборот слагается из притока к Земле солнечной Е, который в атм. и на поверхности Земли переходит в теплоту. Водооброт закл-ся в испарении воды в атм., переносе водяного пара в высокие слои атм. Общая циркуляция атмосферы создает режим ветра.

6. Детрит, детритофаг, редуценты, продуценты, консументы. Детриты- мертвые растительные и животные остатки. Существует множество специализированных на питании им орг-ов -  детритофаги (раки, термиты, муравьи). Значительная часть детрита в экосистеме в своем исходном виде не поедается животными, а гниет и разлагается в процессе питания грибов и бактерий- редуценты (клещи, черви, насекомые).  Бактерии и грибы –первичные детритофаги. Продуценты (водоросли, злаки, кактусы) - это в основном зеленые растения, осуществляющие фотосинтез.  Фотосинтезирующие растения продуцируют пищу для всех остальных организмов. Консументы (рыбы, моллюски, птицы…) – самые разнообразные орг., кончая громадными синими китами. Животные, питающиеся продуцентами – первичные консументы (фитофаги) (грызуны, копытные млекопитающие, зоопланктон, бентос) Животные, питающиеся первичными к. – вторичные конс. Если одно животное охотится на другое и в конечном счете его убивает и съедает –хищник. Паразиты – связаны со своими «жертвами» и питаются ими в течение длительного времени, не убивают, причиняют вред. Хозяин –растения и животные, выступающие при этом в роли жертвы (глисты, бактерии)

7. Физические и химические  аспекты среды.. Температура. Диапазон температур равен 1000 С, пределы, в которых может сущ-ать жизнь – 300С, от  -200-+100 С. На самом деле большинство видов и большая часть активности приурочены к к более узкому диапазону температур. Излучение. Свет яв-ся лимитирующим и регулирующим фактором.  Солнечное излучение, проходящее ч/з верхние слои атм. и достигающее поверхности земли, состоит из электромагнитных волн. Интенсивность света, падающего на автотрофный ярус, управляет всей экосистемой. Кол-во осадков. Влага-основной фактор, определяющий разделение экосистемы   лесные, степные и пустынные.  Годовая сумма осадков меняется от 0 до 2500 мм и более, при этом они выпадают равномерно в течение года или их основная доля приходится на влажный сезон. Влажность – играет важную роль активности орг-ов и их распространении. Грунтовые воды-благодаря им мы исп-ем гораздо больше воды, чем ее выпадает с дождем. Атм-ые газы. В атм. содержится 21%-О2, 0,03% - СО2, 78,09 %-N2 и др. Биогенные элементы – растворенные элементы, необходимые организмам. Макроэлементы-элементы и их соединения, требующиеся организмам в больших кол-вах. Микроэлементы – элементы и из соединения, требующиеся организмам в следовых кол-вах. Почва – «фактор» среды, окружающей организмы, продукт их жизнедеятельности. Она состоит из исходного материала – минерального субстрата и органического компонента, в котором орг. и продукты их жизнедеятельности перемешаны с  измененным исходным материалом.

8. Видовая структура  экосистем. . Видовая структура – кол-во видов, образующих экосистему и соотношение их численностей. Видовое разнообразие обычно тем значительнее, чем богаче условия, харак-ые для экосистемы. Богатство видов также зависит от возраста экосистем. Молодые, возникающие на безжизненном субстрате, как отвалы пород, извлекаемых из глубинных слоев земной коры при добыче полезных ископаемых, крайне бедны видами. По мере развития экосистем их видовое богатство увеличится. Виды, преобладающие по численности особей – доминанты. Есть и эдификаторы (виды, которые яв-ся основными образователями среды).

9. Видовое разнообразие  и ее зависимость от физических  и химических аспектов среды.  Видовое разнообразие – очень важное св-во экосистемы. С ним связана устойчивость систем к неблагоприятным факторам среды. Разнообразие обеспечивает как бы подстраховку, дублирование устойчивости. Вид, который присутствует в числе единичных экземпляров, при неблагоприятных условиях для широко представленного вида, в том числе и доминантного, может резко увеличить свою численность и таким образом заполнить освободившееся пространство, сохранив экосистему как единое целое, хотя и с несколько иными св-вами.

10. Динамика и развитие  экосистемы.. Любая экосистема, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, нах-ся в состоянии динамики. Эта динамика касается звеньев экосистемы и системы в целом. Изменение экосистем может происходить под воздействием разных причин. Аллогенные изменения обусловлены влиянием геохимических сил, действующих на экосистему извне. В качестве таких сил могут выступать климатические и геологические факторы. Автогенные изменения обусловлены возд-ем процессов, протекающих внутри экосистемы. В большинстве случаев трудно разграничить процессы, находящиеся под влиянием внешних и внутренних факторов. Самый простой тип динамики – суточный. Он связан с изменениями в фотосинтезе и транспирации растений.  Периодически повторяющуюся динамику наз-ют циклическими изменениями, а направленную – поступательной.

11. «Экологическая сукцессия».. Для поступательного вида динамики харак-ыми яв-ся внедрение в экосистемы новых видов или смена одних видов другими. Происходит смена биоценозов и экосистем – сукцессия.  Экологическая сукцессия состоит в изменении во времени видовой структуры и биоценотических процессов. Сукцессия происходит в рез-те изменений сообществом физической среды. Она контролируется сообществом. Кульминация сукцессии- возникновение стабилизированной экосистемы, в которой на единицу потока приходится максимальная биомасса и мак-ое кол-во межвидовых взаимодействий. Посл-сть сообществ, сменяющих друг друга в конкретном районе – серия. Первичная сукцессия – процесс развития экосистемы, который начинается на свободной участке. Вторичная- развитие происходит на площади,  с которой удалено предыдущее сообщество. Она протекает быстрее первичной, т.к. на территории, которая ранее была занята, уже имеются некоторые орг-мы, необходимые для обмена в-в со средой, более благоприятной для развития сообщества, чем «стерильная» зона.

12. Климакс в экологии.. Терминальным и стабильным сообществом развивающейся серии яв-ся климаксное сообщество. В климаксном сообществе полностью отсутствует годовая чистая продукция органического в-ва. Для климатической зоны различают: 1) единственный региональный климакс, находящийся в равновесии с общими климатическими условиями 2) различное число локальных климаксов, представляющие собой модификации стационарных состояний. Человек сильно влияет на ход сукцессии и достижение климакса. Когда стабильное сообщество поддерживается чел-ом его удобно было бы обозначить как дисклимакс (нарушенный климакс), или антропогенный субклимакс (порожденный чел-ом). Сельскохоз-ые экосистемы, остающиеся долгое время стабильными, можно рассматривать как климаксы, поскольку в среднем в год «импорт» и продукция уравновешивают дыхание и «экспорт», и ландшафт при этом из года в год не меняется.

Общие закономерности сукцессионного процесса. Для любой сукцессии хар-ны сл. Общие закономерности протекания процесса: 1) На начальных стадиях видовое разнообразие незначительно, продуктивность и биомасса малы. 2) С развитием сукцессионного ряда увеличиваются взаимосвязи м/у организмами. 3)Уменьшается кол-во свободных экологических ниш, и в климаксном сообществе они либо отсутствуют, либо нах-ся в минимуме. 4. Интенсифицируются процессы круговорота в-в, потока энергии и дыхания экосистем. 5) Скорость сукцессионного процесса в большей мере зависит от продолжительности жизни орг-ов, играющих основную роль в сложении и функционировании экосистем. 6) Неизменяемость завершающих стадий сукцессий относительна. 7) В зрелой стадии климаксного сообщества биомасса обычно достигает максимальных или близких к максимальным значений.

14 Понятие гомеостаза  экосистем.  Важнейшими св-вами экосистемы яв-ся его устойчивость, сбалансированность в нем процессов обмена в-вом и энергией му компонентами, вследствие чего экосистеме свойственно состояние подвижного равновесия(гомеостаза).С точки зрения кибернетики, гомеостаз обеспечивается механизмами обратной связи. Ее принцип заключается в том, что некоторый управляющий компонент той или иной системы получает данные от управляемых компонентов, используя информацию для внесения коррективов в дальнейший процесс управления. Если численность жертвы постоянно растет, то хищник, который только этой жертвой и питается, тоже имеет возможность увеличить свою численность. В этом проявляется положительная обратная связь. Но поскольку хищник, поедает оленей, то он снижает популяцию оленя – отрицательная обратная связь.  В естественной экологической системе все время поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев в трофических цепях. Любая экосистема сбалансирована, устойчива (гомеостатична).

15. Искусственные экосистемы. К искусственным экосистемам относятся агроэкосистемы,  города и космические корабли. Город-экосистема, получающая Е, пищу, материалы и др. в-вас больших площадей, находящихся за его пределами. Агроэкосистемы отличаются от естественных экосистем : 1) получают находящуюся под контролем че-а вспомогательную Е, дополняющую или заменяющую солнечную, в виде мышечных усилий чел-а и животных, удобрений…. 2) резко снижено разнообразие организмов, чтобы максимализировать выход какого-то одного продукта 3) доминирующие виды растений и животных подвергаются искусственному отбору. Агрожкосистемы можно разделить на 2 вида: 1) агроэк. Доиндустриального периода – самодостаточные, с интенсивным использование дополнительной Е в виде мышечных усилий чел-а и животных.2) интенсифицированные механизированные агроэк. с крупными энергетическими дотациями в форме горючего, химикатов, работы машин. Отмечая влияние чел-а на ОС и ресурсы, следует отметить, что число сельскохоз-ых животных в мире больше, чем людей, и они потребляют примерно в 5 раз больше калорий, чем люди.