В.п. колпакова, г.д. толкушкина

В.П. Колпакова, Г.Д. Толкушкина

ЭКОЛОГИЯ

Барнаул 2011

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ЭКОЛОГИЯ

Учебно-методическое пособие

Барнаул 2011

УДК 574(072)

Рецензенты: к.б.н., доцент кафедры хирургии и акушерства АГАУ Власова О.Е.

к.б.н., доцент кафедры общей биологии, физиологии и морфологии животных АГАУ Грибанова О.Г.

Колпакова В.П. Экология: учебно-методическое пособие / В.П. Колпакова, Г.Д. Толкушкина. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2011. - 78 с.

Учебно-методическое пособие содержит материал по курсу «Экология». По каждой теме указывается цель занятия, материал необходимый для выполнения задания, вопросы для самоконтроля. Приведен список тем рефератов, рекомендуемая литература, краткий словарь экологических терминов.

Предназначено для изучения курса «Экология» студентами, обучающимися по направлениям: «Землеустройство и кадастры», «Природообустройство и водопользование.

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета

природообустройства АГАУ (протокол № 3 от 01 ноября 2011 г.).

© Колпакова В.П., Толкушкина Г.Д., 2011

© ФГБОУ ВПО АГАУ, 2011

© Изд-во АГАУ, 2011

Содержание

Введение. 5

1. Введение в экологию.... 7

2. Методы экологических исследовании и критерии оценки окружающей природной среды при проведении экологического мониторинга.. 10

3. Экологические факторы и закономерность их действия на живые организмы... 20

4. Организм и среда жизни.. 25

5. Экология популяции.. 28

6. Биоценоз и его устойчивость.. 35

7. Экосистемы и принципы их функционирования.. 40

8.Искусственные экосистемы. Урбаценозы и особенности их функционирования.. 45

9. Экология биосферы... 54

10. Экологические кризисы и причины их возникновения.. 59

11. Регулирование природопользования и охраны окружающей природной среды. Основы экологического права.. 65

12. Международное сотрудничество и общественные организации в области охраны окружающей среды... 72

13. Генофонд планеты и его охрана.. 78

14. Экология человека.. 82

Темы рефератов. 89

Словарь экологических терминов. 91

Литература. 103

Приложения. 106

Введение

Экологическое образование предполагает непрерывный процесс обучения, воспитания и развития личности, направленный на формирование системы научных и практических знаний и умений, ценностных ориентаций поведения и деятельности, обеспечивающих ответственное отношение к окружающей социально-природной среде и здоровью человека.

В настоящее время деятельность человека затрагивает биосферные процессы на всех уровнях. Вследствие интенсификации сельскохозяйственного производства в окружающую среду поступает значительное количество пестицидов и удобрений, негативное влияние оказывает приемы механизации, и др. Все это влечет за собой серьезные экологические последствия: ухудшение плодородия почв, загрязнение, водоемов и др. как следствие – снижение объемов производства и качества с.-х. продукции.

Цель и задачи курса

Важной задачей в подготовке специалиста-инженера является формирование экологического сознания при решении проблем природообустройства и рационального природопользования.

В современных условиях только грамотные специалисты способны критически оценить состояние природной среды и ее изменения под влиянием хозяйственной деятельности человека. Программа курса предусматривает изучение экологии в цикле естественнонаучных дисциплин. В результате изучения курса студент должен знать:

- структуру предмета и задачи современной экологии;

- понятие «экологические факторы», их классификацию и характер воздействия на организмы;

- свойства природных средств и формы адаптации к ним живых организмов;

- учение о популяциях и сообществах;

- свойства и закономерности функционирования биоценоза экосистемы;

- основные закономерности развития и динамики биосферы;

- характер круговорота основных (биогенных) химических веществ в биосфере и пути потока энергии в ней;

- причины и источники загрязнения биосферы;

- экологические основы функционирования сельскохозяйственных экосистем и проблемы, связанные с их воздействием на окружающую среду;

- общие сведения о состоянии и изменении окружающей среды под влиянием деятельности человека, основные экологические проблемы современности;

Материал, предложенный в учебно-методическом пособии, соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта для направлений: «Землеустройство и кадастр», «Природопользование и водоотведение».

Введение в экологию

Цель занятия- познакомится с основными научными подходами современной экологии, изучить историю развития, задачи, методы и проблемы экологии.

Экология (от греч. «ойкос» – дом, жилище и «логос» - наука) – наука, изучающая закономерности существования, формирования и функционирования биологических систем всех уровней, от организмов до биосферы, их взаимодействие со средой обитания. Термин и его определение ввел выдающийся немецкий биолог Э. Геккель в 1866 г.

Экология является фундаментальной биологической дисциплиной, которая в настоящее время превратилась в междисциплинарную область знаний и имеет огромное значение в связи с влиянием человека на окружающую среду.

Таким образом, предметом исследования экологии является биологические системы, такие как популяция, биоценозы, экосистема и биосфера. Основными целями и задачами является изучение динамики биологических макросистем во времени и пространстве и выявления закономерности их функционирования.

В структуре экологии различают крупные разделы – аутэкологию (экологию особей) - исследует реакции отдельного организма на воздействие факторов среды; демэкологию (экологию популяций) - занимается отношениями особей внутри популяции – элементарной надорганизменной макросистемы; синэкологию (экологию сообществ), которая изучает сложный комплекс взаимосвязанных организмов (биоценоз), существующий в определенной физико-химической среде. Эти разделы изучает часть современной экологии – биологическая экология или биоэкология.

Современной жизнью продиктовано возникновение прикладной экологии – раздела экологии, занимающегося изучением и решением практических проблем охраны окружающей среды. В ней развиваются более мелкие направления: промышленная, сельскохозяйственная, медицинская экологии и другие.

Выделяют части экологии, которые подразделяются в зависимости от объекта изучения - экология микроорганизмов, грибов, растений, животных, человека; географической среды обитания - экология островов, пустынь, морских побережий и т.д.; или уровня изучаемых проблем - глобальная, региональная и т.п.

Экология оформилась как самостоятельная наука на рубеже XIX и XX веков, однако во многих более ранних исследованиях ученые уделяли внимание взаимоотношениям организмов с окружающей средой. Изучая историю возникновения и развития экологии как науки, необходимо отметить, что вклад в ее становление внесли как зарубежные ученые (А. Гумбольдт, Ч. Дарвин, Э. Геккель, А. Тенсли и д.р.), так и отечественные (В.В. Докучаев, К.Ф. Рулье, Г.Ф. Морозов, В.Н. Сукачев, В.И. Вернадский и многие другие).

При изучении многообразия процессов, которые происходят в живой природе, экология использует многие методы, среди которых главными являются методы наблюдения, сравнительный метод, исторический, лабораторно - экспериментальный метод, моделирование и мониторинг.

Знание тем этого раздела значительно облегчает дальнейшее изучение экологии, так как ведет к пониманию того, чем она занимается, каково ее место среди других наук, какие разделы курса предстоит изучить и какое место они занимают в структуре современной экологии.

Практические задания

Задание 1.Укажите основные задачи экологии, выделите среди них прикладные и стратегические.

Задание 2.Назовите основные глобальные экологические проблемы современности. Представьте в виде схемы экологические проблемы Алтайского края.

Вопросы для самопроверки

1. Кто из ученых и когда ввел в биологическую науку термин «экология»?

2. Сформулируйте определение экологии как науки. Какие объекты изучает экология?

3. Сформулируйте прикладные задачи экологии.

4. Охарактеризуйте связь экологии с другими науками.

5. В работах каких ученых появились первые экологические сведения, что они отражали?

6. С именами каких зарубежных и отечественных ученых связано развитие экологических знаний в XVIII - XIX вв., и какова сущность их исследований?

7. Где и когда впервые были введены понятия «аутэкология» и «синэкология»? Что они означают?

8. Каковы современные направления в экологических исследованиях?

Экологический мониторинг

Экологический мониторинг– информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов.

Основные целиэкологического мониторингасостоят в обеспечении системы управления природоохранной деятельности и экологической безопасности своевременной и достоверной информацией, позволяющей:

• оценить показатели состояния и функциональной целостности экосистем и среды обитания человека;

• создать предпосылки для определения мер по исправлению возникающих негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб.

Основными задачами экологического мониторинга являются:

• наблюдение за источниками антропогенного воздействия;

• наблюдение за факторами антропогенного воздействия;

• наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия;

• оценка фактического состояния природной среды;

• прогноз изменения состояния природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозирующего состояния природной среды.

Экологические мониторинги окружающей среды могут разрабатываться на уровне промышленного объекта, города, района, области, края, республики в составе федерации.

При разработке проекта экологического мониторинга необходима следующая информация:

• источники поступления загрязняющих веществ в окружающую природную среду – выбросы загрязняющих веществ в атмосферу промышленными, энергетическими, транспортными и другими объектами; сбросы сточных вод в водные объекты; поверхностные смывы загрязняющих и биогенных веществ в поверхностные воды суши и моря; внесение на земную поверхность и (или) в почвенный слой загрязняющих и биогенных веществ вместе с удобрениями и ядохимикатами при сельскохозяйственной деятельности; места захоронения и складирования промышленных и коммунальных отходов; техногенные аварии, приводящие к выбросу в атмосферу опасных веществ и (или) разливу жидких загрязняющих и опасных веществ и т.д.;

• переносы загрязняющих веществ – процессы атмосферного переноса; процессы переноса и миграции в водной среде;

• процессы ландшафтно-геохимического перераспределения загрязняющих веществ – миграция загрязняющих веществ по почвенному профилю до уровня грунтовых вод; миграция загрязняющих веществ по ландшафтно-геохимическому сопряжению с учетом геохимических барьеров и биохимических круговоротов; биохимический круговорот и т.д.;

• данные о состоянии антропогенных источников эмиссии – мощность источника эмиссии и месторасположение его, гидродинамические условия поступления эмиссии в окружающую среду.

Глобальная система мониторинга окружающей среды - это сеть наблюдений за источниками воздействия и за состоянием биосферы охватывает уже весь земной шар. Глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС) была создана совместными усилиями мирового сообщества (основные положения и цели программы были сформулированы в 1974 году на Первом межправительственном совещании по мониторингу). Первоочередной задачей была признана организация мониторинга загрязнения окружающей природной среды и вызывающих его факторов воздействия.

Система мониторинга реализуется на нескольких уровнях, которым соответствуют специально разработанные программы:

• импактном (изучение сильных воздействий локальном масштабе – И);

• региональном (проявление проблем миграции и трансформации загрязняющих веществ, совместного воздействия различных факторов, характерных для экономики региона – Р);

• фоновом (на базе биосферных заповедников, где исключена всякая хозяйственная деятельность – Ф).

При выборе загрязняющих веществ для наблюдений определяют их приоритетность в зависимости от среды наблюдения (прил. 2).

В зоне влияния источников эмиссии организуется систематическое наблюдение за следующими объектами и параметрами окружающей природной среды.

1. Атмосфера: химический и радионуклидный состав газовой и аэрозольной фазы воздушной сферы; твердые и жидкие осадки (снег, дождь) и их химический и радионуклидный состав; тепловое и влажностное загрязнение атмосферы.

2. Гидросфера: химический и радионуклидный состав среды поверхностных вод (реки, озера, водохранилища и т.д.), грунтовых вод, взвесей и данных отложений в природных водостоках и водоемах; тепловое загрязнение поверхностных и грунтовых вод.

3. Почва: химический и радионуклидный состав деятельного слоя почвы.

4. Биота: химическое и радиоактивное загрязнение сельскохозяйственных угодий, растительного покрова, почвенных зооценозов, наземных сообществ, домашних и диких животных, птиц, насекомых, водных растений, планктона, рыб.

5. Урбанизированная среда: химический и радиационный фон воздушной среды населенных пунктов; химический и радионуклидный состав продуктов питания, питьевой воды и т.д.

6. Население: характерные демографические параметры (численность и плотность населения, рождаемость и смертность, возрастной состав, заболеваемость, уровень врожденных уродств и аномалий); социально-экономические факторы.

Системы мониторинга природных сред и экосистем включают в себя средства наблюдения: экологического качества воздушной среды, экологического состояния поверхностных вод и водных экосистем, экологического состояния геологической среды и наземных экосистем.

Наблюдение в рамках этого вида мониторинга проводятся без учета конкретных источников эмиссии и не связаны с зонами их влияния. Основной принцип организации – природно - экосистемный.

Целями наблюдений, проводимых в рамках мониторинга природных сред и экосистем, являются:

• оценка состояния и функциональной целостности среды обитания и экосистем;

• выявление изменений природных условий в результате антропогенной деятельности на территории;

• исследование изменений экологического климата (многолетнего экологического состояния) территорий.

На территории Российской Федерации функционирует ряд систем мониторинга загрязнения природной среды и состояния природных ресурсов.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое экологический мониторинг? Каковы цели и задачи экологического мониторинга?

2. Какие основные типы направления выделяют в экологическом мониторинге?

3. Что является объектом изучения экологического мониторинга?

4. Назовите основные виды экологического мониторинга.

5. Что такое глобальная система мониторинга окружающей среды (ГСМОС)? Что является объектом и параметром наблюдений (ГСМОС)?

6. Какие критерии качества окружающей природной среды (ОПС) существуют?

7. Дайте определение терминам «стандарт», «норма», «норматив». Какие виды нормативов бывают?

8. Что понимают под «предельно допустимой концентрацией», «пороговой концентрацией»?

9. Как осуществляется контроль за ОПС?

10. Какие показатели учитываются при оценке ОПС и как их рассчитать?

Вопросы для самопроверки

1. Какие элементы среды называют экологический фактор (ЭФ)? Дайте характеристику ЭФ: абиотическими, биотическими, антропогенными?

2. Какие существуют классификации ЭФ? Укажите принципы положенные в их основу.

3. Как действуют ЭФ в пространстве и времени?

4. Назовите формы адаптации живых организмов к абиотическим факторам.

5. Дайте определение биологических ритмов (циклов).

6. В чем различие между эндогенными ритмами? Какова природа возникновения экзогенных ритмов?

7. Что такое фотопериодизм? Каково его значение в существовании растений и животных?

8. Какие приспособления к неблагоприятным сезонным факторам среды существуют у растений и животных?

9. Что такое экологическая пластичность (толерантность) вида?

10.Что такое эври- и стенобионтные виды?

11. Какой экологический фактор называют лимитирующим? Закон Ю. Либиха.

12. Сформулируйте правило минимума. Кто его автор?

Организм и среда жизни

Цель занятия - изучить основные среды жизни и формы адаптации к ним живых организмов.

Среда - это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие.

На нашей планете можно выделить четыре основные среды обитания живых организмов, сильно различающиеся по специфике своих условий. Водная среда была первой, в которой возникла и распространилась жизнь. В последующем живые организмы, обитая в воздушно-наземной среде, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой стали сами живые организмы.

Водная среда обитания.

Вода как среда обитания имеет целый ряд специфических свойств, таких как сильные перепады давления, относительно малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей и т. д. Водоемы и отдельные их участки различаются солевым режимом, скоростью течения, содержанием взвешенных частиц. Обитающие в водной среде организмы получили название гидробионтов. Они населяют Мировой океан, континентальные водоемы и подземные воды.

Почва как среда обитания.

Почва представляет собой рыхлый поверхностный слой суши, контактирующий с воздушной средой. Почва - не просто твердое тело, как большинство пород литосферы, а сложная система, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Она пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются разнообразные условия, благоприятные для жизни многих микро- и микроорганизмов. По сравнению с приземным слоем воздуха в почве сглажены температурные колебания, а наличие грунтовых вод и проникновение осадков создают запасы влага и обеспечивают режим влажности, промежуточный между водной и наземной средой. В почве концентрируются запасы органических и минеральных веществ. Все это определяет большую насыщенность почвы живыми организмами. В ней сосредоточены корневые системы наземных растений. В среднем на 1м² почвенного слоя приходится более 100 миллиардов клеток простейших, миллионы коловраток, десятки миллионов нематод, сотни тысяч клещей и первично бескрылых насекомых, множество насекомых, червей, моллюсков и других беспозвоночных. Кроме того, 1 см² почвы содержит десятки и сотни миллионов бактерий, микроскопических грибов и микроорганизмов.

Неоднородность условий в почве резче всего проявляется в вертикальном направления. С глубиной резко меняется ряд важнейших экологических факторов, влияющих на почвенных обитателей. Прежде всего, это структура почвы.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое среда обитания? Какие среды жизни заселены организмами?

2. Что такое гидробионты? Дайте характеристику форм адаптации их к водной среде.

3. Чем характеризуется наземно-воздушная среда жизни? Назовите формы адаптации к ней живых организмов.

4. Чем характеризуется почва как среда обитания? Как классифицируются почвенные животные?

5. Что означает выражение: «живые организмы как среда обитания»?

6. На чем основаны принципы экологической классификации организмов?

Экология популяции

Цель занятия -изучить структуру и динамику популяции, внутривидовые и межвидовые отношения в популяции. Кривые выживаемости популяции. Определить понятие «гомеостаз популяции».

Популяция (от латинского populus – народ, население) – это совокупность свободно скрещивающихся особей одного вида, которая длительно существует и занимает определенную часть ареала относительно обособленно от других особей того же вида. Популяция является элементарной структурой вида, в форме которой вид существует в природе.

В популяции действует борьба за существование, а также естественный отбор, благодаря которым выживают и оставляют потомство лишь особи с полезными в данных условиях изменениями. Таким образом, популяция представляет единицу эволюции, обладает многими признаками, которые характеризуют группу как целое, а не отдельно взятые особи.

Групповые особенности – это основные характеристики популяции. К ним относится численность, плотность, рождаемость, смертность, прирост, темпы роста.

Популяции свойственна определенная организация. Распределение особей по территории, соотношение групп по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям составляют структуру популяции. Структура популяции формируется на основе общебиологических свойств вида, а также под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов.

В популяции имеют место внутривидовые и межвидовые конкурентные отношения в популяции. Среди внутривидовых отношений наиболее часто встречаются: внутривидовая конкуренция за территорию, пищу, партнера и т.д.; агрессия, характеризующаяся истреблением особей своего вида, что способствует поддержанию численности популяции.

Межвидовые взаимоотношения могут быть безразличными, вредными или полезными для партнеров. При нейтрализме оба вида живут независимо друг от друга. Межвидовая конкуренция проявляется в борьбе за жизненные блага. Мутуализм приносит выгоду обоим партнерам, при симбиозе – жизненно важную, при протокооперации – не очень значительную. При комменсализме вред или польза бывают односторонними. При паразитизме и хищничестве один из партнеров извлекает для себя пользу во вред другому.

Динамика и гомеостаз популяции. Динамика популяции – это изменение ее основных биологических показателей во времени. Особое значение при изучении динамики популяции уделяется изменениям численности особей, биомассы и популяционной структуры. Поддержание определенной численности получило название гомеостаз популяции.В основе реакции гомеостаза лежат изменения физиологических особенностей, роста популяции, поведения и др. Механизм популяционного гомеостаза зависит от экологической специфики вида, его подвижности, степени воздействия хищников и паразитов и т. д.

Модели динамики роста популяции. Любая популяция способна (теоретически) к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют внешние факторы абиотического (климатические) и биотического (конкуренция, хищничество, паразитизм, болезни) происхождения. В таком случае, скорость роста популяции будет определяться величинами биотического и репродуктивного потенциала. Эта динамика описывается уравнением А. Лотки :

,

где N - численность особей, t - время, r - биотический потенциал.

Модель динамики численности популяции при ограниченных (лимитированных) ресурсах предложил Р. Пирл и А. Ферхюльст. В общем виде их уравнение представлено так:

,

где K- емкость среды.

Выражение - характеризует так называемое сопротивление среды

Уравнение Пирла-Ферхюльста лежит в основе практически всех математических моделей конкуренции, хищничества, симбиоза. Оно описывает наиболее реальные и универсальные типы роста популяции живых организмов.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое популяция и какими признаками она обладает?

2. Какими показателями характеризуется структура популяции?

3. Какие экологические факторы влияют на рост и кривые роста в популяции?

4. Какими формами выражены внутривидовые и межвидовые взаимоотношения в популяции?

5. Что такое динамика и гомеостаз популяции? Чем они характеризуются?

6. Что такое смертность популяции, удельная и абсолютная смертность?

7. Дайте характеристику «кривым смертности» популяции?

8. Что такое экологическая стратегия популяции?

9. Чем характеризуется стратегия r-вида и К-вида?

Биоценоз и его устойчивость

Цель занятия– изучить современное представление о биогеоценозе, биоценозе, биотопе, структуру биоценозов; биоценозы, созданные человеком.

Экосистема или биогеоценоз - это взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии и представляет собой одну из наиболее сложных природных систем.

Биогеоценоз (по В.Н. Сукачеву, 1972) – это «участок земной поверхности, где на известном протяжении биоценоз и отвечающие ему части атмосферы, литосферы, гидросферы и педосферы остаются однородными и имеющими однородный характер взаимодействия между ними и поэтому в совокупности образующие единый, внутренне взаимообусловленный комплекс».

Биогеоценоз состоит из комплекса живых и косных компонентов, в котором живые организмы формируются в результате борьбы за существование, естественного отбора и других факторов эволюции. Участок земной поверхности с однотипными абиотическими условиями среды, занимаемый тем или иным биоценозом, называется биотопом, который является неорганическим компонентом биоценоза.

В природе популяции различных видов живых организмов, заселяющих общие места обитания, неизбежно вступают в определенные взаимоотношения. Длительное совместное существование приводит к образованию сообществ или биоценозов, в которых подбор видов не случаен, а определяется возможностью непрерывного поддержания круговорота веществ. Таким образом, биоценоз– это организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих совместно в одних и тех же условиях.

Карл Мёбиус (1877) впервые использовал термин «Биоценоз» и выделил три наиболее характерные особенности:

1. Относительное соответствие между потребностями организмов, входящих в данное сообщество, и условиями их обитания на определенной площади.

2. Взаимную обусловленность отдельных сочленов данного сообщества.

3. Длительное существование сообщества.

В биоценозе можно условно выделить отдельные компоненты: фитоценоз – растительность, зооценоз – животный мир, микробоценоз – микроорганизмы. Участок абиотической среды, которую занимает биоценоз, называют биотопом.

Название природных биоценозов на суше определяется по относительно однородной растительности: биоценоз ельника-кисличника, биоценоз ковыльной степи и т.д. В водной среде различают биоценозы, соответствующие экологическим подразделениям водоемов: биоценозы прибрежных галечных, песчаных или илистых грунтов, абиссальных, пелагических глубин и т.д. По отношению к мелким сообществам применяются разнообразные термины: микросообщества, биоценотические группировки и т.д.

В условиях деятельности человека природные биоценозы преобразуются и на смену им приходят посадки и посевы культурных растений. В результате этого формируются особые биоценозы – агроценозы, количество которых на Земле постоянно увеличивается. Агроценозами называют не только сельскохозяйственные поля, но и полезащитные полосы, пастбища, искусственно возобновляемые леса, пруды и водохранилища, осушенные болота. Агробиоценозы по своей структуре характеризуются незначительным количеством видов, но высокой их численностью.

В структуре и энергетике естественных (природных) и искусственных биоценозов есть специфические черты, хотя резких различий между ними нет. В естественных биоценозах количественное соотношение особей разных видов регулируется специфическими механизмами, в то время как в агроценозах человек полностью взял на себя заботу об упорядочивании взаимоотношений между видами.

Все связи организмов в биоценозе (по классификации В.Н. Беклемишева) можно подразделить на 4 типа:

1. Трофические – возникают, когда один вид питается другим (живыми особями, мертвыми остатками, продуктами жизнедеятельности).

2. Топические – характеризуют изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого.

3. Форические – участие одного вида в распространении другого (зоохория, форезия).

4. Фабрические – использование для своих сооружений (фабрикации) продуктов выделения, мертвые остатки или живых особей другого вида.

На основе перечисленных связей возникают разнообразные биотические отношения, которые по классификации, предложенной Ю. Одумом, можно свести к следующим: нейтрализм, конкуренция, аменсализм, паразитизм, хищничество, комменсализм, мутуализм, протокооперация.

Биоценозу, как и любой надорганизменной системе свойственна определенная структура. В структуре биоценоза выделяют: видовую, пространственную, экологическую характеристики.

Под видовой структурой биоценоза понимают разнообразие его видов и соотношение их численности или массы. В биоценозах, где факторы среды далеко уклонятся от оптимального для жизни видов уровня или которые части подвергаются катастрофическим воздействиям, видовой состав невелик. И наоборот, где условия среды приближаются к оптимальным формируются сообщества с большим видовым разнообразием. Кроме условий обитания на видовой состав влияет длительность существования сообщества: в молодых биоценозах численность видов всегда меньше, чем в зрелых.

Виды организмов преобладающие по численности или массе называют доминирующими (доминантами), виды живущие за счет доминантов – называют предоминантами. Среди доминантов есть виды, которые своей жизнедеятельностью создают условия жизни для других видов биоценоза. Это так называемые эдификаторы, например ель – эдификатор в еловом лесу, а сосна – в сосновом. Чаще всего эдификаторами выступают растения, но в некоторых случаях ими могут быть и животные (например, роющая деятельность сурков определяет характер ландшафта и условия произрастания растений).

Для оценки роли отдельного вида в видовой структуре биоценоза используют разные показатели, основанные на количественном учёте: обилие вида – число особей на единицу площади или объёма; частота встречаемости – процентное отношение числа проб, где встречается вид, к общему числу проб; степень доминирования – отражающая отношение числа особей данного вида к общему числу всех особей сообщества.

Пространственная структурабиоценоза определяется прежде всего сложением его растительной части. В ходе эволюции, приспосабливаясь к определенным абиотическим и биотическим условиям, живые организмы так распределились в биоценозе, что практически не мешают друг другу, т.е. их распределение носит ярусный характер. Растения каждого яруса и обусловленный ими микроклимат создают определенную среду для специфических животных. В результате возникают группировки растений и животных тесно связанных между собой.

Экологическая структурабиоценоза слагается из определенных экологических групп организмов, которые выделяют по различным признакам (отношение к воде, температуре, типу питания и т.д.).

Экологическая структура биоценоза в комплексе с видовой и пространственной служат его макроскопической характеристикой, которая дает возможность определить свойства сообщества и его устойчивость во времени и пространстве, а также предвидеть последствия изменений, вызванных антропогенным влиянием.

Практические задания

Задание 1.Составьте сравнительную характеристику естественных и искусственных биоценозов. Укажите сходство и различия.

Задание 2. Дайте определение биотическим отношениям организмов в биоценозе, приведите примеры таких отношений. Оформите задание в виде таблицы.

Задание 3.Опишите структуру биоценоза соснового бора и озера. Укажите видовой состав, распределение организмов по ярусам, распределите их в экологические группы по различным критериям (отношение к свету, способ добычи пищи, местообитание).

Задание 4.Приведите примеры животных меняющих свою экологическую нишу в течение жизни. Дайте краткую характеристику этих ниш.

Задание 5. Изучить и зарисовать структуру биогеоценоза, укажите его основные компоненты.

Вопросы для самоконтроля

1. Понятие о биоценозе и биотопе.

2. Структура биоценоза: видовая, пространственная, экологическая.

3. Понятие о пограничном эффекте, примеры.

4. Понятие экологической ниши, примеры смены экологической ниши в течение жизни организма.

5. Отношения организмов в биоценозе: трофические, топические, форические, фабрические. Приведите примеры таких взаимоотношений.

6. Характеристика и примеры биотических отношений организмов в биоценозе: нейтрализм, конкуренция, аменсализм, паразитизм, хищничество, комменсализм, мутуализм, протокооперация.

7. Искусственные биоценозы, их характеристика: агроценоз, техноценоз, урбоценоз.

8. Последствия нарушения структуры природных биоценозов.

9. Условия устойчивости природных биоценозов во времени и пространстве.

10. Дайте характеристику биогеоценоза по В. Н. Сукачёву.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие фундаментальные физические законы лежат в основе поведения энергии в экосистеме?

2. Что такое цепи питания? Какие типы пищевых цепей существуют в природе? Охарактеризуйте их.

3. Дайте определение трофическим уровням. Какие организмы образуют первый, второй и последующие уровни?

4. Что такое пищевая сеть? Приведите пример.

5. Какое количество энергии переходит с одного уровня на другой?

6. Что такое биологическая продуктивность?

7. Чем отличается первичная продуктивность от вторичной? От каких факторов зависит эффективность первичной продукции?

8. Что такое экологическая пирамида? Какие виды экологических пирамид существуют, чем они отличаются?

Вопросы для самоконтроля

1. Перечислите виды искусственных экосистем, чем они характеризуютс