Раздел 6.  Основы экологии

Тема 6.1. Наука экология. Экосистемы и круговорот веществ.

Основные понятия и термины по теме: экология, экосистема, продуценты, консументы, редуценты, пищевые связи, пищевые цепи, трофический уровень, пространственная структура (вертикальная и горизонтальная), ярусы, экологические факторы среды: биотические и абиотические.

План изучения темы:

1. Экология – наука о взаимоотношениях организмов между собой и окружающей средой.

2. Экологические факторы, их значение в жизни организмов.

3. Экологические системы. Видовая и пространственная структура  экосистем. Пищевые связи.

4. Круговорот веществ и превращение энергии в экосистемах.

Краткое изложение темы:

1. Экология  — наука об отношениях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году. Экология, как и любая наука, характеризуется наличием собственного объекта, предмета, задач и методов (объект – это часть окружающего мира, которая изучается данной наукой; предмет науки – это наиболее главные существенные стороны ее объекта).

Объектом экологии являются биологические системы надорганизменного уровня: популяции, сообщества, экосистемы.

Предметом экологии являются взаимоотношения организмов и надорганизменных систем с окружающих их органической и неорганической средой.

2. Экологические факторы, их значение в жизни организмов.

Любой организм в природе испытывает на себе воздействие самых разнообразных компонентов внешней среды. Любые свойства или компоненты окружающей среды, оказывающие влияние на организмы, называют экологическими факторами. Выделяют следующие группы экологических факторов:

1)  Абиотические (факторы неживой природы) : а) климатические — условия освещенности, температурный режим и т. п.; б) эдафические (местные) — водоснабжение, тип почвы, рельеф местности; в) орографические — воздушные (ветер) и водные течения.

2) Биотические факторы — это все формы воздействия живых организмов друг на друга.

3) Антропогенные факторы — это все формы деятельности человеческого общества, приводящие к изменению среды обитания других видов или непосредственно сказывающиеся на их жизни. Воздействие этой группы экологических факторов стремительно возрастает из года в год.

3. Экологические системы. Видовая и пространственная структура  экосистем. Пищевые связи.

Экосистема, или экологическая система — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии. Пример экосистемы — пруд .

Видовая структура экосистемы это разнообразие видов, взаимосвязь и соотношение их численности. Различные сообщества, входящие в состав экосистемы, состоят из разного числа видов — видового разнообразия.

Популяции разных видов в экосистеме распределены определенным образом — образуют пространственную структуру. Различают вертикальную и горизонтальную структуры экосистемы.

Основу вертикальной структуры формирует растительность, обитая совместно, растения одинаковой высоты создают своего рода этажи ярусы.

Вследствие неоднородности рельефа, свойств почвы, различных биологических особенностей растения и в горизонтальном направлении располагаются микрогруппами, различными по видовому составу. Это явление носит название мозаичности. Виды, входящие в состав экосистемы, связаны между собой пищевыми связями, так как служат объектами питания друг для друга.

Такую последовательность питающихся друг другом организмов называют пищевой, или трофической, цепью. Отдельные звенья трофической цепи называют трофическими уровнями. Выделяют:

- продуценты ( растения, водоросли)

- консументы ( потребители, например, птицы, животные, человек)I, II, III порядка.

- редуценты (деструкторы, например, бактерии, микроскопические грибы)

4. Круговорот веществ и превращение энергии в экосистемах.

                                                                                                                           

углерод

Круговорот углерода

 

азот

круговорот азота

вода

круговорот воды

 

фосфор

круговорот фосфора

Вопросы для самоконтроля по теме:

1. Что изучает экология?

2. Что относится к абиотическим факторам среды?

3. Что такое организмы пойкилотермные и гомойотермные?

4. Какую роль играет свет в жизни живых организмов?

5. Охарактеризуйте видовую и пространственную структуру биоценоза.

6. Что такое цепь питания и что лежит в ее основе?

7. Чем отличаются агроэкосистемы от естественных экосистем?

8. Какова причина смены биоценозов и как она осуществляется?

9. Перечислите формы взаимоотношений между организмами.

Тема 6.2. Взаимоотношения организмов.

Основные понятия и термины по теме: симбиоз, паразитизм, нейтрализм, хищничество, антибиоз, комменсализм,  протокооперация, аменсализм, квартиранство, нахлебничество.

План изучения темы

1. Симбиоз

2. Хищничество

3. Нейтрализм

4. Антибиоз

Краткое изложение темы:

1. Симбиоз

Отношения могут быть как внутри-, так и межвидовые. Возможны следующие виды влияний одних организмов на другие:
-Положительное (+) — один организм получает пользу за счёт другого.

- Отрицательное (−) — организму причиняется вред из-за другого.

- Нейтральное (0) — другой никак не влияет на организм.

Облигатный симбиоз — форма симбиоза, при которой в естественных условиях популяции не могут существовать друг без друга (пример: симбиоз гриба и водоросли в лишайнике). Разновидностью облигатного симбиоза является: мутуализм.
Факультативный симбиоз (Протокооперация) — форма симбиоза, при которой совместное существование выгодно, но не обязательно для сожителей (например, взаимоотношения краба и актинии: актиния защищает краба и использует его в качестве средства передвижения).
Комменсализм — форма симбиоза, при которой одна популяция извлекает пользу от взаимоотношения, а другая не получает ни пользы, ни вреда. Подразделяется на:
- Квартирантство — один организм использует другого (или его жилище) в качестве места проживания, не причиняя последнему вреда.

- Нахлебничество — один организм питается остатками пищи другого.

-  Сотрапезничество — оба вида потребляют разные вещества или части одной и той же пищи.
Паразитизм — форма симбиоза, при которой один организм (паразит) использует другой (хозяин) в качестве источника питания или/и среды обитания, возлагая при этом (частично или полностью) на хозяина регуляцию своих отношений с внешней средой.

2. Хищничество — явление, при котором один организм питается органами и тканями другого (при этом умерщвление жертвы не обязательно), при этом не наблюдается симбиотических отношений.

3. Нейтрализм — обе популяции не оказывают никакого воздействия друг на друга.

4. Антибиоз. Аменсализм — одна популяция отрицательно влияет на другую, но сама не испытывает ни отрицательного, ни положительного влияния. Типичный пример — высокие кроны деревьев, угнетающие рост низкорослых растений и мхов, за счет частичного перекрывания доступа солнечного света.
Аллелопатия — форма антибиоза, при которой организмы оказывают взаимно вредное влияние друг на друга, обусловленное их жизненными факторами (например, выделениями веществ.
Конкуренция — форма антибиоза, при которой два вида организмов являются биологическими врагами по своей сути (как правило, из-за общей кормовой базы или ограниченных возможностей для размножения). Например, между хищниками одного вида и одной популяции или разных видов, питающихся одной пищей и обитающих на одной территории

Вопросы для самоконтроля по теме

1.  Дайте определение хищничества и паразитизма. Приведите примеры животного и растительного мира.

2. Что такое комменсализм? Расскажите о разных формах комменсализма.

3. Дайте определение конкуренции как формы взаимоотношений между видами.

4. Охарактеризуйте положительные взаимодействия между видами. Приведите примеры облигатного и факультативного мутуализма.

5. Что означает в современной биологии понятие «симбиоз», принятое его первоначальном широком значении?

6.  Перечислите и охарактеризуйте формы антибиоза.

7. Что такое аллелопатия? Приведите примеры на растениях.

Тема 6.3.  Биосфера — оболочка живых организмов на Земле. Структура.

Основные термины и понятия по теме: биосфера, живое вещество, биогенное, косное, биокосное вещество, мегабиосфера, биомасса.

План изучения темы

1. Биосфера – глобальная экосистема.

 2.Учение В.И. Вернадского о биосфере. Роль живых организмов в биосфере. Биомасса.

3. Круговорот важнейших биогенных элементов (на примере углерода, азота и др.) в биосфере.

Краткое изложение темы

1. Биосфера — это особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Термин был введен в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом. Развернутое учение о биосфере создано и разработано советским естествоиспытателем академиком В.И. Вернадским. Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20 — 25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана. Нижняя граница опускается в среднем на 2 — 3 км на суше и на 1 — 2 км ниже дна океана. Слой атмосферы, вся гидросфера и часть литосферы, где постоянно или временно (случайно) присутствуют живые организмы и те слои, преобразованные в прошлом жизнью или испытавшие влияние «былых биосфер», называют мегабиосферой.

2. Учение Вернадского о биосфере — крупнейшее обобщение в области естествознания XX в. Оно знаменует собой принципиально новый подход к изучению планеты как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом, настоящем и будущем. С одной стороны, В.И.Вернадский рассматривает биосферу как оболочку Земли, в которой существует жизнь. В этом плане ученый различает газовую (атмосфера), водную (гидросфера) и каменную (литосфера)оболочки земного шара как составляющие биосферы — области распространения жизни. С другой стороны, Вернадский подчеркивал, что биосфера — не просто пространство, в котором обитают живые организмы, а целостная функциональная система, на уровне которой реализуется неразрывная связь геологических и биологических процессов. Состав биосферы определяется деятельностью живых организмов, представляет собой результат их совокупной химической активности в настоящем и прошлом.

Центральным звеном в учении В. И. Вернадского о биосфере является представление о живом веществе, преобразующего облик планеты.

Биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое живым веществом. На протяжении органической эволюции живые организмы тысячекратно пропустили через свои органы, ткани, клетки, кровь всю атмосферу, весь объём мирового океана, огромную массу минеральных веществ. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

Косное вещество — продукты, образующиеся без участия живых организмов.

Биокосное вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т. д. Организмы в них играют ведущую роль.

Биомасса, или живое вещество, — совокупность всех живых организмов. Роль живого вещества в формировании биосферы, изменении газового состава атмосферы, гидросферы, образовании почвы.      

Вопросы для самоконтроля по теме

1. Охарактеризуйте распределение живых организмов по суше.

2. Что означает «видовой состав» биосферы?

3. В чем заключается главная функция биосферы?

4. Расскажите о круговороте воды в природе.

5. Каким образом связанный углерод возвращается в атмосферу?

6. Опишите круговорот азота в природе

7. Какая деятельность человека влияет на круговорот серы и фосфора?

Тема 6.4. Последствия загрязнения окружающей среды. Ноосфера

Основные понятия и термины по теме: ноосфера, парниковый эффект, озоновая дыра, возобновимые ресурсы, невозобновимые ресурсы, экология как основа рационального природоприпользования.

План изучения темы

1. Изменения в биосфере. Последствия деятельности человека в окружающей среде. Ноосфера.

 2.Глобальные экологические проблемы и пути их решения.

3. Экология как теоретическая основа рационального природопользования и охраны природы

Краткое содержание темы:

1. Ноосфера (от греч. noos — разум и sphaira — шар) — это новое состояние биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным фактором, обусловливающим ее развитие. Понятие ноосферы введено французскими учеными — математиком Леруа и палеонтологом и философом П.Тейяром де Шарденом. Смысл учения о ноосфере состоит в следующем. Появление на Земле человека означало новый огромный шаг в эволюции планеты. Человек, по мнению Вернадского, является частью биосферы, ее определенной функцией: «Человечество как живое вещество непрерывно связано с материально-энергетическими процессами определенной геологической оболочки Земли — ее биосферой. Оно не может физически быть от нее независимым ни на одну минуту». Отношение человека к природе как к неиссякаемому источнику, проявляющееся в стремлении добывать больше руды, угля, нефти, строить больше дорог, чтобы обеспечить процветание, прогрессивное развитие общества. Последствия подобного отношения — истощение природных ресурсов.

Возобновимые (почва, растительный и животный мир) и невозобновимые (большинство руд, горючие ископаемые) природные ресурсы. Естественное восстановление возобновимых природных ресурсов с учетом не превышения критических пределов их потребления. Значительное уменьшение природных ресурсов (нефти, угля, газа, сокращение запасов меди, свинца, цинка) вследствие интенсивного их потребления. Отрицательные последствия деятельности человека: ежегодное сокращение площади лесов на 2%, уничтожение тропических лесов, опасность их полного исчезновения за 20—30 лет, уничтожение тайги в Сибири за 40—50 лет, снижение численности промысловых животных, запасов рыбы. Снижение плодородия почвы из-за неправильной агротехники, их эрозия, засоление, ежегодные потери десятков миллионов гектар. Загрязнение природной среды. Загрязнение воды, почвы, воздуха вследствие роста промышленного производства, транспорта, сельскохозяйственного производства, выброса вредных веществ и накопление их в природной среде — угроза здоровью человека и жизни большинства видов растений и животных. Кислотные дожди вследствие выброса в атмосферу оксидов азота и серы — причина угнетения растительности, гибели хвойных лесов. Загрязнение почвы соединениями тяжелых металлов (свинца, ртути, кадмия), радиоактивными веществами, включение их в цепи питания, их поступление в организмы растений, животных, человека — причина отравления и генетических уродств. Современное сельскохозяйственное производство — источник мощного загрязнения почвы, насыщения ее удобрениями, ядохимикатами.

2.  Глобальные экологические проблемы.

Планетарное загрязнение природной среды, способное вызвать изменение климата. Задержка части тепла, излучаемого Землей в космическое пространство, задымление и насыщение атмосферы углекислым газом, частицами пыли — причины парникового эффекта, который может вызвать таяние льдов, затопление больших площадей.

б)  Истощение озонового слоя за счет разрушения молекул озона газообразными соединениями (фтора, хлора) — фреонами, используемыми в холодильных агрегатах, в аэрозолях.

в)  Снижение биологического разнообразия, сокращение числа видов животных и растений, истребление человеком ряда видов. Изменение природной среды- угроза исчезновения 2/з существующих видов, ежедневное исчезновение нескольких видов растений и животных.

г) Защита природной среды. Рациональное, экологически грамотное природопользование, внедрение в производство экологически оправданных технологий, перестройка сознания людей — основные пути поддержания равновесия в биосфере

3. Экология как наука является теоретической основой охраны окружающей среды и рационального природопользования. Законы экологии были сформулированы в 1926 году американским экологом Б. Коммонером и по своей сути являются законами природы. Они сводятся к четырем основным принципам, объясняющим устойчивое развитие природы и призывающим человечество руководствоваться ими в своем воздействии на окружающую среду:

1) Все взаимосвязано.

2) Все должно куда-то деваться. Этот принцип вытекает из закона сохранения материи.

3) Природа знает лучше.

4) За все надо платить. Всякая экосистема представляет собой единое целое, в котором нет ничего лишнего. Все, что человечество забирает из экосистем для удовлетворения своих нужд, должно быть возвращено или возмещено.

Вопросы для самоконтроля по теме:

1. Кто впервые ввел в науку термин « ноосфера»?

2. Охарактеризуйте неисчерпаемые природные ресурсы.

3. Расскажите, как человек использует неисчерпаемые ресурсы.

4. Какие ресурсы называют невозобновимыми?

5. Какие ресурсы относятся к возобновимым?

6. Что является причиной и каковы последствия загрязнения атмосферы?

7. Каково прямое влияние человека  на растительный и животный мир Земли?

8. В чем значение рационального научно обоснованного природопользования для сохранения многообразия животного и растительного мира?


Пройти online тест