Понятие об экологии как науке. Строение и свойства современной биосферы. Геологические оболочки Земли. Химический состав, свойства и функции живого вещества. Экология популяций и структура биоценоза. Рациональное природопользование и охрана природы.
Написание курса продиктовано необходимостью составления краткого курса лекций для ознакомления студентов с основными законами, правилами и принципами экологии, рационального природопользования и охраны природы. привить студентам навыки использования правил рационального природопользования и охраны природы при решении практических задач.Лекция 1. Предмет, задачи и методы экологии.Тема 3.1. Среда обитания. Тема 3.2. Тема 3.3. Тема 3.4. Тема 3.6. Жизненные формы организмов.Комплексная цель - сформировать представление об экологии как о междисциплинарной науке. Впервые в 1866 г. термин «экология» ввел немецкий биолог Эрнст Геккель в своей книге «Всеобщая морфология организмов». Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками - химией, физикой, геологией, географией, почвоведением, математикой. При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами, используют моделирование биологических явлений, т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Сочетание полевых и экспериментальных методов исследования позволяет экологу выяснить все аспекты взаимоотношений между живыми организмами и многочисленными факторами окружающей среды, что позволит не только восстановить динамическое равновесие природы, но и управлять экосистемами.Выделяют различные сферы Земли: ядро, мантию, земную кору, педосферу, литосферу, атмосферу, гидросферу, биосферу, ноосферу и др. «биос» - жизнь) - оболочка Земли, преобразованная живыми организмами. Живые организмы сформировали особую оболочку - биосферу. Живое вещество - живые организмы, населяющие нашу планету. Гетеротрофы (гетеротрофные организмы) - организмы, использующие в качестве источника углерода органические соединения (животные, грибы и большинство бактерий).
План
Оглавление
Введение
Раздел 1. Понятие об экологии как науке
Комплексная цель
Проектное задание
Лекция 1
Тема 1.1. Предмет, задачи и методы экологии
Тема 1.2. История развития экологии
Модуль № 1. Биосфера
Комплексная цель
Проектное задание
Раздел 2. Строение и свойства современной биосферы
Лекция 2
Тема 2.1. Геологические оболочки Земли
Тема 2.2. Живое вещество. Химический состав живого вещества. Свойства и функции живого вещества
Тема 2.3. Структура и границы биосферы. Свойства биосферы
Тема 2.4. Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы
Модуль № 2. Общая экология
Комплексная цель
Проектное задание
Раздел 3. Экология организмов (аутэкология)
Лекция 3
Тема 3.1. Среда обитания
Тема 3.2. Экологические факторы и их классификация
Тема 3.3. Адаптации организмов к условиям среды
Тема 3.4. Закономерности действия экологических факторов
Тема 3.5. Характеристика основных экологических факторов
Тема 3.6. Жизненные формы организмов
Раздел 4. Экология популяций (демэкология)
Лекция 4
Тема 4.1. Понятие о популяции
Тема 4.2. Статистические и динамические показатели популяции
РАЗДЕЛ 5. Экология сообществ и экосистем (синэкология)
Лекция 5
Тема 5.1. Структура биоценоза
Тема 5.2. Типы связей и взаимоотношений между организмами
Тема 5.3. Структура и функционирование экосистем. Динамика экосистем
Тема 5.4. Природные и антропогенные экосистемы
Модуль № 3. Прикладная экология
Комплексная цель
Проектное задание
Раздел 6. Рациональное природопользование и охрана природы
Лекция 6
Тема 6.1. Предмет и задачи природопользования и охраны природы
Тема 6.2. Правила рационального природопользования и охраны природы
Список рекомендуемой литературы
Введение
Написание курса продиктовано необходимостью составления краткого курса лекций для ознакомления студентов с основными законами, правилами и принципами экологии, рационального природопользования и охраны природы.
Основные задачи курса: - определить цели и задачи науки экологии;
- ознакомить студентов с методами и методологией, используемых при экологических исследованиях;
- привить студентам навыки использования правил рационального природопользования и охраны природы при решении практических задач.
Курс лекций предназначен для студентов-специалистов 3 курса заочного отделения, обучающихся по специальности 130301 «Геологическая съемка, поиски и разведка МПИ».
Календарно-тематический план лекций
Тема занятия/модуль Тип занятий (часы) Индивидуальные консультации Самостоятельная работа Неделя
Список литературы
Андерсен Д.М. Экологи и науки об окружающей среде: биосфера, экосистемы, человек. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.
Богучарсков В.Т. Очерки по истории экологического учения. Географический аспект. Ростов н/Д: Изд-во Рост. Ун-та, 2005.
Колесников С.И. Экология. М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К»; Ростов н/Д: Академцентр, 2009.
Одум Ю. Экология /Пер. с англ. Т. 1-2. М: Мир, 1996.
Очерки истории экологии / Под ред. Г.А. Новикова. М.: Наука, 1970.
Развитие естествознания в России (XVIII - начало XX века) / Под ред. С.Р. Микулинского, А.П. Юшкевича. М.: Наука, 1977.
Реймерс Н.Ф. Экология (теория, законы, правила, принципы и гипотезы). М.: Россия молодая, 1994.
Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990.
Контрольные вопросы
Дайте определение экологии.
Кто ввел в науку термин «экология»?
Что является предметом изучения экологии?
Как классифицируют экологические науки?
Чем отличаются биоэкология и геоэкология?
Каковы задачи экологии?
С какими науками связана экология?
К каким наукам относится экология?
Где используются достижения экологии?
На какие этапы можно разделить историю развития экологии?
Охарактеризуйте развитие экологии по этапам.
Модуль № 1. Биосфера
Комплексная цель - получить представление о строении и свойствах современной биосферы.
Проектное задание - знать и изучить: структуру и границы современной биосферы;
свойства и функции живого вещества;
свойства биосферы.Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Почвоведение: Учебник для вузов. Москва: ИКЦ «МАРТ»; Ростов н/Д: МАРТ, 2004.
Вернадский В.И. Живое вещество и биосфера. М.: Наука, 1994.
Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М.: Наука, 1987.-339 с.
Войткевич Г.В., Вронский В.А. Основы учения о биосфере: Учеб. Пособие для студ. Вузов. Ростов н/Д: Феникс, 1996.
Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Высшая школа, 1998.-413 с.
Колесников С.И. Общая биология. Ростов н/Д: Феникс, 2005.
Охарактеризуйте основные свойства живого вещества.
Охарактеризуйте основные функции живого вещества.
Охарактеризуйте основные свойства биосферы как экосистемы высшего ранга.
Кто является основоположником учения о ноосфере? Что понимают под термином «ноосфера».
Модуль № 2. Общая экология
Комплексная цель - получить представление об объектах организменного, популяционно-видового, биоценотического уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой.
Проектное задание - знать и изучить: характеристику основных экологических факторов;
закономерности действия экологических факторов;
статические и динамические показатели популяции;
типа связей и взаимоотношений между организмами;
структуру и функционирование экосистем.
РАЗДЕЛ 3. Экология организмов (аутэкология).
Лекция 3.
Тема 3.1.Среда обитания.
Тема 3.2. Экологические факторы и их классификация.
Тема 3.3. Адаптации организмов к условиям среды.
Тема 3.4. Закономерности действия экологических факторов.
Тема 3.5. Характеристика основных экологических факторов.
Тема 3.6. Жизненные формы организмов.
Среда обитания.
Среда обитания - это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них определенное воздействие. На нашей планете живые организмы освоили 4 среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную.
Сравнительная характеристика сред обитания и адаптаций к ним живых организмов.
Среда Характеристика Адаптации организма к среде
Водная Самая древняя. Освещенность убывает с глубиной. При погружении на каждые 10 м давление возрастает на 1 атмосферу. Дефицит кислорода. Степень солености возрастает от пресных вод к морским и океаническим. Относительно однородная (гомогенная) в пространстве и стабильная во времени Обтекаемая форма тела, плавучесть, слизистые покровы, развитие воздухоносных полостей (у растений - межклетники, у животных - полости в костях), осморегуляции (жидкости тела по составу гипертонические, работа почек)
Организменная Очень древняя. Освоена организмами после водной. Жидкая (кровь, лимфа) или твердая (плотные ткани). Наибольшее постоянство среды во времени из всех сред обитания. Коадаптации паразита и хозяина, симбионтов друг к другу, синхронизация биоритмов, выработка у паразита защиты от переваривания хозяином, усиление полового размножения, редукция зрения, пищеварительной системы.
Наземно-воздушная Разреженная. Обилие света и кислорода. Гетерогенная в пространстве. Очень динамичная во времени. Выработка опорного скелета, механизмов регуляции гидротермического режима. Освобождение полового процесса от жидкой среды
Почвенная Создана живыми организмами. Осваивалась одновременно с наземно-воздушной средой. Дефицит или полное отсутствие света. Высокая плотность. Четырехфазная (фазы: твердая, жидкая, газообразная, живые организмы). Неоднородная (гетерогенная в пространстве). Во времени условия более постоянны, чем в наземно-воздушной среде обитания, но более динамичны, чем в водной и организменной. Форма тела вальковатая (удлиненная, название по рыбе сем Лососевых Валек, конек), слизистые покровы или гладкая поверхность, у некоторых имеется копательный аппарат, развитая мускулатура. Для многих групп характерны микроскопические или мелкие размеры как приспособление к жизни в пленочной воде или в воздухоносных порах.
Экологические факторы и их классификация
Экологические факторы - это отдельные элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологических факторов.
По природе экологические факторы делят на абиотические, биотические и антропогенные.
Абиотические факторы - компоненты неживой природы прямо или косвенно воздействующие на организм. Их делят на следующие группы: - климатические факторы (свет, температура, влажность, ветер, атмосферное давление и др.);
- геологические факторы (землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение и др.);
- орографические факторы, или факторы рельефа (высота местности над уровнем моря, крутизна местности - угол наклона местности к горизонту, экспозиция местности - положение местности по отношению к сторонам света и др.);
-эдафические, или почвенно-грунтовые, факторы (гранулометрический состав, химический состав, плотность, структура, РН и др.);
- гидрологические факторы (течение, соленость, давление и др.).
Биотические факторы - воздействие на организм других живых организмов.
В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы: - внутривидовые, или гомотипические, факторы - это влияние на организм особей этого же вида (зайца на зайца, сосны на сосну);
- межвидовые, или гетеротипические, факторы - это влияние на организм особей других видов (волка на зайца, сосны на березу).
В зависимости от принадлежности к определенному царству биотические факторы подразделяют на четыре основные группы: - фитогенные факторы - это влияние на организм растений;
- зоогенные - влияние животных;
- микогенные - влияние грибов;
- микробогенные - влияние микроорганизмов (вирусов, бактерий, простейших).
По типу взаимодействия различают протокооперации, мутуализм, комменсализм, внутривидовую и межвидовую конкуренцию, паразитизм, хищничество, аменсализм, нейтрализм.
Протокооперации - взаимовыгодное, но не обязательное сосуществование организмов, пользу из которого извлекают все участники. Например, раки-отшельники и актинии. На раковине рака может поселяться коралловый полип актиния, который имеет стрекательные клетки, выделяющие яд. Актиния защищает рака от хищных рыб, а рак-отшельник, перемещаясь, способствует распространению актиний и увеличению их кормового пространства.
Мутуализм - взаимовыгодное сожительство, когда либо один из партнеров, либо оба не могут существовать без сожителя. Например, травоядные копытные и целлюлозоразрушающие бактерии.
Комменсализм - взаимоотношения, при которых один из партнеров получает пользу от сожительства, а другому присутствие первого безразлично. Различают две формы комменсализма: синойкия (квартиранство) и трофобиоз (нахлебничество). Примером трофобиоза служат взаимоотношения крупных хищников и падальщиков. Примером синойкии - взаимоотношения актиний и тропических рыбок (рыбки укрываются среди щупалец актиний).
Конкуренция - взаимоотношения, при которых организмы соперничают друг с другом за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последних. Организмы могут конкурировать за пищевые ресурсы, полового партнера, убежище, свет.
Паразитизм - взаимоотношения, при которых паразит не убивает своего хозяина, а длительное время использует его как среду обитания и источник пищи. К паразитам относятся: вирусы, патогенные бактерии, грибы, простейшие, паразитические черви. Различают облигатных и факультативных паразитов. Облигатные паразиты ведут исключительно паразитический образ жизни и вне организма хозяина либо погибают, либо находятся в неактивном состоянии (вирусы). Факультативные - ведут паразитический образ жизни, но в случае необходимости могут нормально жить во внешней среде, вне организма хозяина (патогенные грибы, бактерии).
Хищничество - взаимоотношения, при которых один из участников умерщвляет другого и использует его в качестве пищи. Частным случаем хищничества является каннибализм (крысы, бурые медведи).
Аменсализм - взаимоотношения, при которых один организм воздействует на другой и подавляет его жизнедеятельность, а сам не испытывает никаких отрицательных влияний со стороны подавляемого. Например, ель и растения нижнего яруса. Частный случай аменсализма - аллелопатия - влияние одного организма на другой, при котором во внешнюю среду выделяются продукты жизнедеятельности одного организма, отравляя ее и делая непригодной для жизни другого. Например, гриб-пеницилл продуцирует вещества, подавляющие жизнедеятельность бактерий.
Нейтрализм - сожительство двух видов на одной территории, не имеющее для них ни положительных, ни отрицательных последствий. Например, белки и лоси не оказывают друг на друга значительный воздействий.
Антропогенные факторы - это воздействие человека как биологического организма (потребление пищи, дыхание), а также его хозяйственной деятельности на организм других живых организмов.
В зависимости от характера воздействий антропогенные факторы делят на две группы: - факторы прямого влияния - это непосредственное (прямое) воздействие человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел животных, отлов рыбы);
- факторы косвенного влияния - это опосредованное (косвенное) воздействие на организм (загрязнение окружающей среды, разрушение местообитаний, беспокойство).
В зависимости от последствий воздействия антропогенные факторы делят на следующие группы: - положительные факторы - факторы, которые улучшают жизнь организмов или увеличивают их численность (разведение и охрана животных, посадка и подкормка растений, охрана окружающей среды);
- отрицательные факторы - факторы, которые ухудшают жизнь организмов или снижают их численность (вырубка деревьев, отстрел животных, разрушение местообитаний).
Адаптации организмов к условиям среды
Адаптации - это различные приспособления к среде обитания, выработавшиеся у организмов в процессе эволюции.
Существуют три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды: активный путь, пассивный путь и избегание неблагоприятных воздействий.
Активный путь - усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов, позволяющих осуществлять все жизненные функции организма, несмотря на отклонения фактора от оптимума. Например, поддержание постоянной температуры тела у теплокровных животных (птиц и млекопитающих), оптимальной для протекания биохимических процессов в клетках. экология биосфера геологический популяция
Пассивный путь - подчинение жизненных функций организма изменению факторов среды. Например, переход при неблагоприятных условиях среды в состояние анабиоза (скрытой жизни), когда обмен веществ в организме практически полностью останавливается (зимний покой растений, сохранение семян и спор в почве, оцепенение насекомых, спячка позвоночных животных).
Избегание неблагоприятных воздействий - выработка организмом таких жизненных циклов и поведения, которые позволяют избежать неблагоприятных воздействий. Например, сезонные миграции животных.
Адаптации можно разделить на три основных типа: морфологические, физиологические и этологические.
Морфологические адаптации - изменения в строении организма (например, видоизменение листа в колючку у кактусов для снижения потерь воды, яркая окраска цветков для привлечения опылителей). Морфологические адаптации у растений и животных приводят к образованию определенных жизненных форм.
Физиологические адаптации - изменения в физиологии организма (например, способность верблюда обеспечивать организм влагой путем окисления запасов жира, наличие целлюлозоразрушающих ферментов у целлюлозоразрушающих бактерий).
Этологические (поведенческие) адаптации - изменения в поведении (например, сезонные миграции млекопитающих и птиц, впадение в спячку в зимний период, брачные игры у птиц и млекопитающих в период размножения).
Закономерности действия экологических факторов.
Факторы среды имеют количественное выражение. По отношению к каждому фактору можно выделить зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности), зону пессимума (зону угнетения) и пределы выносливости организма.
Оптимум - такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна. В зоне пессимума жизнедеятельность организмов угнетена. За пределами выносливости существование организма невозможно.
Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называется экологической валентностью (толерантностью, устойчивостью, пластичностью). Значения экологического фактора между верхним и нижним пределами выносливости называется зоной толерантности. Виды с широкой зоной толерантности называются эврибионтными, с узкой - стенобионтными.
Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называется лимитирующим (огранивающим) фактором. Такой фактор будет ограничивать распространение вида даже в том случае, если все остальные факторы будут благоприятными.
Основные закономерности действия экологических факторов: - закон относительности действия экологического фактора - направление и интенсивность действия экологического фактора зависят от того, в каких количествах он берется и в сочетании с какими другими факторами действует;
- закон относительной заменяемости и абсолютной незаменимости экологических факторов - абсолютное отсутствие какого-либо из обязательных условий жизни заменить другими экологическими факторами невозможно, но недостаток или избыток одних экологических факторов может быть возмещен действием других экологических факторов.
Комплекс факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы организмов, включая нормальное развитие и размножение, называются условиями жизни. Условия, в которых размножения не происходит, называются условиями существования.
Характеристика основных экологических факторов
Свет
В спектре солнечного света выделяют области, различные по своему биологическому действию. Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам (бактерицидное действие, стимуляция роста и развития клеток, синтез витамина D), в больших дозах губительны изза способности вызывать мутации. Значительная часть ультрафиолетовых лучей отражается озоновым слоем. Видимые лучи - основной источник жизни на Земле, дающий энергию для фотосинтеза. Инфракрасные лучи - основной источник тепловой энергии.
По отношению к условиям освещенности растения делят на следующие экологические группы: - гелиофиты (светолюбивые) - растения, обитающие в условиях хорошего освещения; они имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, значительное количество пигментов в листьях;
- сциофиты (тенелюбивые) - растения, плохо переносящие прямые солнечные лучи; для них характерны крупные, тонкие листья, расположенные горизонтально, с меньшим количеством устьиц;
- факультативные гелиофиты (теневыносливые) - растения, способные обитать как в условиях хорошего освещения, так и в условиях затенения.
Для животных свет - это условие ориентации. Животные бывают с дневным, ночным и сумеречным образом жизни.
По отношению к продолжительности дня организмы (в основном растения) делят на короткодневные (обитатели низких широт) и длиннодневные (обитатели умеренных и высоких широт). Реакция организмов на продолжительность дня называется фотопериодизмом. Это очень важное приспособление, регулирующее сезонные явления у организмов (листопад, перелеты птиц).
Температура
От температуры окружающей среды зависит температура организмов, а, следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. В основном живые организмы способны жить при температуре от 0 до 50 ОС, что обусловлено свойствами цитоплазмы клеток. Верхним температурным пределом жизни является 120-140 ОС (близкие к нему значения температуры выдерживают споры, бактерии), нижним - (- 190 -273ОС (переносят семена).
По отношению к температуре организмы делят на криофилов (обитающих в условиях низких температур) и термофилов (обитающих в условиях высоких температур).
Организмы могут использовать два источника тепловой энергии: внешний (тепловая энергия Солнца или внутреннее тепло Земли) и внутренний (тепло, выделяемое при обмене веществ).
В зависимости от того, какой источник преобладает в тепловом балансе, живые организмы делят на пойкилотермных и гомойотермных.
Пойкилотермные организмы - организмы с непостоянной внутренней температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры внешней среды. К ним относятся микроорганизмы, растения, беспозвоночные и низшие позвоночные животные. Температура их тела обычно на 1-2ОС выше температуры окружающей среды или равна ей.
Гомойотермные организмы - организмы, способные поддерживать внутреннюю температуру тела на относительно постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Это птицы и млекопитающие. Среди гомойотермных организмов выделяют группу гетеротермных организмов - организмов, у которых периоды сохранения постоянно высокой температуры тела сменяются периодами ее понижения при впадении в спячку в неблагоприятный период года (суслики, сурки, ежи, летучие мыши).
У живых организмов различают три механизма терморегуляции. Химическая терморегуляция осуществляется путем изменения величины теплопродукции за счет изменения интенсивности обмена веществ. Физическая терморегуляция связана с изменением величины теплоотдачи. Этологическая (или поведенческая) терморегуляция заключается в избегании условий с неблагоприятными температурами.
Вода
Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70%. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной 95% всей воды клетки) и связанной (4-5% связаны с белками).
Наиболее важные функции и свойства воды следующие: вода является лучшим растворителем, в ней растворяется большинство веществ;
в качестве реагента вода участвует во многих химических реакциях: полимеризации, гидролиза, в процессе фотосинтеза;
вода является термостабилизатором и терморегулятором, эта функция обусловлена такими свойствами воды, как высокая теплоемкость, высокая теплопроводность, высокая теплота испарения;
вода осуществляет транспортную функцию, способствуя передвижению веществ к различным частям организма и выведению ненужных продуктов из организма;
вода выполняет структурную функцию - цитоплазма клеток содержит от 60 до 95% воды, и именно вода придает клеткам их нормальную форму.
По отношению к воде среди живых организмов выделяют следующие экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые), ксерофилы (сухолюбивые) и мезофилы (промежуточная группа).
В частности среди растений различают гигрофитов, мезофитов и ксерофитов.
Гигрофиты - растения влажных местообитаний, не переносящие водного дефицита. К ним, в частности, относятся водные растения - гидрофиты и гидатофиты. Гидатофиты - водные растения, целиком или большей своей частью погруженные в воду (например, кувшинка). Гидрофиты - водные растения, прикрепленные к грунту и погруженные в воду только нижними частями (например, тростник).
Ксерофиты - растения сухих местообитаний, способные переносить перегрев и обезвоживание. К ним относятся суккуленты и склерофиты. Суккуленты - ксерофитные растения с сочными, мясистыми листьями (например, алоэ) или стеблями (например, кактусовые), в которых развита водозапасающая ткань. Склерофиты - ксерофитные растения с жесткими побегами, благодаря чему при водном дефиците у них не наблюдается внешней картины завядания (например, ковыли, саксаул).
Мезофиты - растения умеренно увлажненных местообитаний; промежуточная группа между гидрофитами и ксерофитами.
Рельеф
Рельефом (формами рельефа) называют совокупность неровностей земной поверхности разного масштаба.
По размерам рельеф делят на макрорельеф, мезорельеф и микрорельеф. Макрорельеф - формы рельефа с разностью высот от десятков до тысяч метров (горы, равнины, возвышенности, речные долины).
Мезорельеф - формы рельефа с разностью высот в пределах 10-20 м (холмы, лощины, долины, террасы, склоны разной крутизны, овраги, балки).
Микрорельеф - формы рельефа с разностью высот от нескольких сантиметров до 1 м (бугорки, западины, борозды, кочки, небольшие промоины).
Рельеф оказывает косвенное воздействие на живые организмы, перераспределяя солнечную радиацию и осадки в зависимости от экспозиции и крутизны склонов. Так в северном полушарии на южных склонах произрастают более светолюбивые и теплолюбивые растения, чем на северных, в понижениях обитают более требовательные к влаге растения.
Важнейшими экологическими факторами, характеризующими почву как среду обитания, являются кислотность, содержание питательных элементов, содержание органических веществ, структура, плотность, засоленность, гранулометрический состав.
По отношению к кислотности почвы растения делят на следующие экологические группы: ацидофилы (растут на почвах с РН 7,0); индифферентные виды (могут обитать на почвах с разным значением РН).
По отношению к содержанию питательных элементов в почве среди растений различают олиготрофов (растения, довольствующиеся малым количеством зольных элементов), эвтрофов (нуждаются в большом количестве зольных элементов) и мезотрофов (требуют умеренного количества зольных элементов).
По другим признакам среди растений выделяют такие группы как галофиты (растения засоленных почв), нитрофилы (растения, предпочитающие почвы, богатые азотом), литофиты, или петрофиты (растения каменистых почв), псаммофиты (растения песков).
По степени связи с почвой как средой обитания животных объединяют в три экологические группы. Геобионты - животные, постоянно обитающие в почве, весь цикл развития которых протекает в почвенной среде. Геофилы - животные, часть цикла развития которых (чаще одна из фаз) обязательно проходит в почве. Геоксены - животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища.
Жизненные формы организмов
Жизненной формой организма называют морфологический (морфофизиологический) тип приспособления животного или растения к определенным условиям обитания и определенному образу жизни.
Первые классификации жизненных форм растений основывались на внешнем виде растений, определяющем ландшафт местности.
Классификация жизненных форм растений.
- деревья - многолетние растения с деревенеющими надземными частями, ярко выраженным одним стволом, не ниже 2 м высоты;
- кустарники - многолетние растения с деревенеющими надземными частями. В отличие от деревьев, не имеют ясно выраженного одного ствола; ветвление начинается от самой земли, поэтому образуется несколько равноценных стволов;
- кустарнички - сходны с кустарниками, но низкорослы, не выше 50 см;
- полукустарнички отличаются от кустарничков тем, что у них одревесневают только нижние части побегов, верхние часто отмирают;
- лианы - растения с лазающими, цепляющимися и вьющимися стеблями;
- суккуленты - многолетние растения с сочными стеблями и листьями, содержащими запас воды;
- травяные растения - многолетние и однолетние растения, у которых отмирают на зиму надземные части (многолетники, двулетники) или отмирает все растение (однолетники).
Более поздние классификации основывались на приспособительных признаках растений к условиям существования. Среди специалистов-ботаников популярна классификация К.Раункиера по положению почек или верхушек побегов в течение неблагоприятного времени года по отношению к поверхности почвы и снегового покрова.
Фанерофиты - растения, почки возобновления которых находятся высоко над поверхностью земли (выше 30 см). К ним относятся деревья и кустарники.
Хамефиты - растения, почки возобновления которых расположены у поверхности почвы или невысоко (не выше 20-30 см), зимой могут оказаться под снегом. Это полукустарники и мелкие кустарнички.
Гемикриптофиты - растения, почки возобновления которых находятся на уровне поверхности почвы или в самом поверхностном ее слое, часто покрытом подстилкой. Сюда относят большинство многолетних трав.
Криптофиты - растения, почки возобновления которых скрыты в почве (геофиты) или под водой (гелофиты и гидрофиты). К этим растениям относят луковичные, клубневые и корневищные растения.
Терофиты - однолетние растения, не имеющие почек возобновления; размножаются только семенами.
Классификация жизненных форм животных.
Кашкаров классифицировал жизненные формы животных по характеру передвижения в разных средах.
Плавающие формы.
Чисто водные (нектон, планктон, бентос); полуводные (ныряющие, неныряющие, лишь добывающие из воды пищу).
Роющие формы.
Абсолютные землерои (всю жизнь проводящие под землей); относительные землерои (выходящие на поверхность).
Одум Ю. Экология / пер. с англ. Т.1-2. М.: Мир, 1996.
Яблоков А.В., Юсуфов А.Г. Эволюционное учение. М.: Высш. Шк., 1989.
Дополнительная литература: Жизнь животных. Т.1. М.: Просвещение, 1987.
Жизнь растений. Т.1. М.: Просвещение, 1974.
Контрольные вопросы
Охарактеризуйте основные среды обитания живых организмов.
Что такое адаптации? Как их классифицируют?
Назовите три основных пути приспособления организмов к условиям окружающей среды.
Что такое экологические факторы? Как их классифицируют?
Каковы основные закономерности действия экологических факторов?
Что такое лимитирующий фактор?
Охарактеризуйте свет как экологический фактор.
Охарактеризуйте температуру как экологический фактор.
Охарактеризуйте воду как экологический фактор.
Охарактеризуйте рельеф как экологический фактор.
Что понимают под жизненной формой организма?
Классифицируйте растения и животных по типам жизненных форм.
Раздел 4. Экология популяций (демэкология)
Лекция 4.
Тема 4.1.Понятие о популяции.
Тема 4.2. Статистические и динамические показатели популяции.
Понятие о популяции.
Вид - это совокупность особой, обладающих наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную область (ареал).
Популяция - совокупность особей одного вида, способных к самовоспроизводству, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Популяция является структурной единицей вида и единицей эволюции. Это объясняется тем, что уровень свободного скрещивания внутри популяции выше, чем между особями разных популяций.
Ареал - это пространство, на котором популяция или вид в целом встречается в течение всей своей жизнедеятельности. Ареал может быть сплошным или разорванным преградами (водными, орографическими и др.).
В зависимости от величины ареала и характера распространения различают космополитов, убиквистов, эндемиков.
Космополиты - виды растений и животных, представители которых встречаются на большей части обитаемых областей Земли (например, комнатная муха, серая крыса).
Убиквисты - виды растений и животных с широкой экологической валентностью, способные существовать в разнообразных условиях среды и имеющие, как правило, обширные ареалы (например, тростник обыкновенный, волк).
Эндемики - виды растений и животных, которые имеют небольшие ограниченные ареалы (часто встречаются на островах океанического происхождения, в горных районах и изолированных водоемах).
Для животных также различают трофический и репродуктивный ареалы, между которыми существует связь виде путей пролета для птиц или путей миграции для некоторых млекопитающих и рыб.
Популяции, будучи групповыми объединениями, обладают рядом специфических свойств, которые не присуще каждой отдельной особи: численность, плотность, рождаемость, смертность, скорость роста и т.д. Кроме того популяции свойственна определенная организация: половая, возрастная, генетическая, пространственно-этологическая.
Статистические и динамические показатели популяции
Количественные показатели, характеризующие состояние популяции на данный момент времени, называются статическими. К ним относятся: численность, плотность, а также показатели структуры.
Количественные показатели, характеризующие процессы, протекающие в популяции за определенный промежуток времени, называются динамическими. К ним относятся: рождаемость, смертность, скорость роста популяции.
Численность - это число особей в популяции; может значительно изменяться во времени; зависит от биотического потенциала вида и внешних условий.
Плотность - это число особей или биомасса популяции, приходящаяся на единицу площади или объема.
Половая структура (половой состав) - соотношение особей мужского и женского пола в популяции.
Возрастная структура (возрастной состав) - соотношение в популяции особей разных возрастных групп. Абсолютный возрастной состав выражает численность определенных возрастных групп в определенный момент времени. Относительный возрастной состав выражает долю или процент особей данной возрастной группы по отношению к общей численности популяции.
В зависимости от способности особей к размножению различают три возрастные группы: предрепродуктивную, репродуктивную, пострепродуктивную.
Возрастную структуру популяции выражают при помощи возрастных пирамид.
Пространственно-этологическая структура - характер распределения особей в пределах ареала.
Различают три основных типа распределения особей в пространстве: равномерное, неравномерное и случайное.
Равномерное распределение характеризуется равным удалением каждой особи от всех соседних. Свойственно популяциям, существующим в условиях равномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, проявляющих друг к другу антагонизм.
Неравномерное распределение проявляется в образовании группировок особей, между которыми остаются большие незаселенные территории. Характерно для популяций, обитающих в условиях неравномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, ведущих групповой (стадный) образ жизни.
Случайное распределение выражается в неодинаковом расстоянии между особями. Является результатом вероятностных процессов, неоднородности среды и слабых социальных связей между особями.
Генетическая структура - соотношение в популяции различных генотипов и аллелей. Совокупность генов всех особей популяции называют генофондом. На популяции всегда действуют внешние и внутренние факторы, нарушающие генетическое равновесие. Длительное и направленное изменение генетического состава популяции, ее генофонда получило название элементарного эволюционного явления.
Рождаемость (скорость рождаемости) - число новых особей, появившихся в популяции за единицу времени в результате размножения.
Различают максимальную и фактическую рождаемость. Максимальная рождаемость - максимальная реализация возможности рождения при отсутствии лимитирующих факторов среды. Фактическая рождаемость - реальная реализация возможности рождения.
Смертность (скорость смертности) - число особей, погибших в популяции за единицу времени (от хищников, болезней, старости и т.д.). Смертность - величина обратная рождаемости.
Различают минимальную и фактическую смертность. Минимальная смертность - минимально возможная величина смертности. Фактическая смертность - реальная величина смертности.
Скорость роста популяции - изменение численности популяции за единицу времени. Скорость роста популяции может быть положительной, нулевой и отрицательной. Она зависит от показателей рождаемости, смертности и миграции.
Существуют две основные модели роста популяции: J-образная и S-образная.
J-образная модель отражает неограниченный экспоненциальный рост численности популяции, не зависящий от плотности популяции. Такой тип роста возможен пока биотический потенциал популяции реализуется полностью. Это продолжается, пока низка конкуренция за ресурсы. Однако после превышения емкости среды (предельной плотности насыщения, предельной численности), произойдет резкое снижение численности.
S-образная. модель отражает логистический тип роста, зависящего от плотности популяции, при котором скорость роста популяции снижается по мере роста численности (плотности). Скорость роста снижается вплоть до нуля при достижении предельной численности.
Популяции многих видов организмов способны к саморегуляции своей численности. Выделяют три механизма торможения роста численности: 1) при возрастании плотности повышается частота контактов между особями, что вызывает у них стрессовое состояние, уменьшающее рождаемость и повышающее смертность; 2) при возрастании плотности усиливается эмиграция в новые местообитания, краевые зоны, где условия менее благоприятны и смертность увеличива
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
