Среда обитания - это та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Составные части и свойства среды многообразны и изменчивы. Любое живое существо живет в сложном и меняющемся мире, постоянно приспосабливаясь к нему и регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с его изменениями.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Способность к адаптациям - одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Адаптации возникают и измэ-няются в ходе эволюции видов.

Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организмы, называются экологическими факторами. Факторы среды многообразны. Они могут быть необходимы или, наоборот, вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению. Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. Экологические факторы делятся на абиотические и биотические, антропогенные.

Абиотические факторы - температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности - это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы - это формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других существ, вступает в связь с представителями своего вида и других видов - растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на них воздействие. Окружающий органический мир - составная часть среды каждого живого существа.

Взаимные связи организмов - основа существования биоценозов и популяций; рассмотрение их относится к области синэко-логии.

Антропогенные факторы - это формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни. В ходе истории человечества развитие сначала охоты, а затем сельского хозяйства, промышленности, транспорта сильно изменило природу нашей планеты. Значение антропогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает стремительно возрастать.

Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете следует выделять в особую силу, не укладывающуюся в рамки этой классификации. В настоящее время практически вся судьба живого покрова Земли и всех видов организмов находится в руках человеческого общества, зависит от антропогенного влияния на природу.

Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но не действует на более мелких, которые укрываю 1ся в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных и т. п.

Изменения факторов среды во времени могут быть: 1) регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток или сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане; 2) нерегулярными, без четкой периодичности, например изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера - бури, ливни, обвалы и т. п.; 3) направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например при похолодании или потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т. п.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т. е. могут влиять как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

1. Закон оптимума. Каждый фактор имеет лишь определенные пределы положительного влияния на организмы. Результат действия переменного фактора зависит прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора - это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Представители разных ал-дов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Так, например песцы з тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне око то 80°С (от +30 до -55°С), тогда как тепловодные рачки Сepilia mirabilis выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°С (от 23 до 29C). Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной-для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Эвритермные виды - выносящие значительные колебания температуры, эврибатные - широкий диапазон давления, эвригалинные - разную степень засоления среды.

Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено»-стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т. д. В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке,- эврибионтными.

2. Неоднозначность действия фактора на разные функции. Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от 40 до 45 °С у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале.

Жизненный цикл, в котором в определенные периоды организм осуществляет преимущественно те или иные функции (питание, рост, размножение, расселение и т. п.), всегда согласован с сезонными изменениями комплекса факторов среды. Подвижные организмы могут также менять места обитания для успешного осуществления всех своих жизненных функций.

3. Изменчивость, вариабельность и разнообразие ответных реакций на действие факторов среды у отдельных особей вида. Степень выносливости, критические точки, оптимальная и песси-мальные зоны отдельных индивидуумов не совпадают. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами особей, так и половыми, возрастными и физиологическими различиями. Например, у бабочки мельничной огневки - одного из вредителей муки и зерновых продуктов-»критическая минимальная температура для гусениц -7°С, для взрослых форм - 22 °С, а для яиц -27 °С. Мороз в 10 °С губит гусениц, но не опасен для имаго и яиц этого вредителя. Следовательно, экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.

4. К каждому из факторов среды виды приспосабливаются относительно независимым путем. Степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот. Экологические валентности вида по отношению к разным факторам могут быть очень разнообразными. Это создает чрезвычайное многообразие адаптации в природе. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.

5. Несовпадение экологических спектров отдельных видов. Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким-либо отдельным факторам.

Правило экологической индивидуальности видов сформулировал русский ботаник Л. Г. Раменский (1924) применительно к растениям, а затем широко было подтверждено и зоологическими исследованиями.

6. Взаимодействие факторов. Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействия факторов. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие. Наоборот, один и тот же экологический результат может быть по-

лучен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов.

Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Полное отсутствие воды или хотя бы одного из основных элементов минерального питания делает жизнь растения невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Крайний дефицит тепла в полярных пустынях нельзя восполнить ни обилием влаги, ни круглосуточной освещенностью.

Учитывая в сельскохозяйственной практике закономерности взаимодействия экологических факторов, можно умело поддерживать оптимальные условия жизнедеятельности культурных растений и домашних животных.

7. Правило ограничивающих факторов. Факторы среды, наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют возможность существования вида в данных условиях. Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Такие сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни вида или отдельных его представителей в каждый конкретный отрезок времени.

Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной. Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы - недостатком влаги или слишком высокими температурами. Ограничивающим распространение фактором могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для растений. Так, опыление инжира всецело зависит от единственного вида насекомых - осы Blastophaga psenes. Родина этого дерева - Средиземноморье. Завезенный в Калифорнию, инжир не плодоносил до тех пор, пока туда не завезли ос-опылителей. Распространение бобовых в Арктике ограничивается распределением опыляющих их шмелей. На острове Диксон, где нет шмелей, не встречаются и бобовые, хотя по температурным условиям существование там этих растений еще допустимо.

Чтобы определить, сможет ли вид существовать в данном географическом районе, нужно в первую очередь выяснить, не выходят ли какие-либо факторы среды за пределы его экологической валентности, особенно в наиболее уязвимый период развития.

Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства, так как, направив основные усилия на их устранение, можно быстро и эффективно повысить урожайность растений или производительность животных. Так, на сильно кислых.почвах урожай пшеницы можно несколько увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект будет получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающие действия кислотности. Знание ограничивающих факторов, таким образом, ключ к управлению жизнедеятель-ностью организмов. В разные периоды жизни особей в качестве ограничивающих выступают различные факторы среды, поэтому требуется умелое и постоянное регулирование условий жизни выращиваемых растений и животных.

Биоценоз (или сообщество ) — исторически сложившаяся устойчивая совокупность популяций организмов разных видов, населяющих сравнительно однородный участок территории или акватории и связанных определенными взаимоотношениями. (К. Мебиус, 1877 г.).

Примеры биоценозов: сообщества на стволе дерева, в норе, на участке леса, луга, озера, болота, пруда и т.д.

Различные популяции биоценоза должны быть приспособлены к совместной жизни. Это означает, что:

■ у всех видов биоценоза должны быть сходные требования к абиотическим условиям среды (свету, температуре, влажности и т.д.);

■ должны существовать закономерные трофические (пищевые), топические, форические и фабрические взаимосвязи между организмами разных популяций, необходимые для осуществления их питания, размножения, расселения и защиты.

❖ Составные части биоценоза:

■ фитоценоз (устойчивое сообщество растений); имеет легко распознаваемые характерные черты и границы, является главным структурным компонентом любого биоценоза, определяет видовой состав зоо-, мико- и микробоценозов;
■ зооценоз (совокупность взаимосвязанных видов животных);
■ микоценоз (сообщество грибов);
■ микробоценоз (сообщество микроорганизмов).

Экотоп — это первичный комплекс абиотических факторов среды и некоторых компонентов живого происхождения (почва, грунт), имевшихся на участке земной поверхности (суши или водоема), занимаемом тем или иным биоценозом, без учета изменений, привнесенных живыми существами данного биоценоза.

■ Все факторы экотопа можно разделить на климатоп , эдафотоп и гидротоп .
Климатоп - совокупность климатических факторов экотопа.
Эдафотоп — совокупность почвенно-грунтовых факторов.
Гидротоп — совокупность гидрофакторов (наличие и характеристики водоема, содержащейся в нем воды и т.п.).

Биотоп — это участок среды (суши или водоема), имеющий относительно однородные условия обитания и занимаемый одним биоценозом. При этом условия среды рассматриваются с учетом всех видоизменений, которые были привнесены в них организмами данного биоценоза.

Биогеоценоз и экосистема

Биогеоценоз (кратко — БГЦ ) — это лежащий в границах определенного фитоценоза и связанный взаимным обменом веществ и энергии единый природный комплекс, образованный участком земной поверхности (суши) с определенными условиями среды обитания (биотопом) и популяциями всех видов организмов, населяющих этот биотоп (биоценозом), см. рис.

Примеры биогеоценозов: ельник, дубрава, сфагновое болото, суходольный луг и др.

Биогеоценоз функционирует как целостная самовоспроизво-дящаяся, саморегулирующаяся открытая система. Популяции организмов получают из неорганической среды ресурсы, необходимые для поддержания жизни, и одновременно выделяют продукты жизнедеятельности, восстанавливающие среду.

Экологическая система (или экосистема ) — любая совокупность совместно обитающих организмов и неорганических компонентов, при взаимодействии которых происходит круговорот веществ и поток энергии .

Примеры экосистем; гниющий пень, муравейник, лужа с дождевой водой, парк, аквариум, биосфера и др.

Отличие экосистемы от биогеоценоза . Понятие экосистемы не требует каких-то ограничений на занимаемую ею территорию или акваторию и может применяться к любым комплексам организмов и их среды обитания (включая водную), не только к естественным (природным), но и к созданным человеком. Биогеоценоз — это природная, выделяемая на суше экосистема, границы которой определены фитоценозом, т.е. растительным сообществом. Поэтому экосистема — понятие более широкое, чем биогеоценоз: любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема является биогеоценозом .

❖ Компоненты биогеоценоза:
■ неорганические вещества, включающиеся в круговорот (соединения углерода и азота, кислород, вода, минеральные соли);
■ климатические факторы (температура, освещенность, влажность);
■ органические вещества (белки, нуклеиновые кислоты, углеводы, липиды и др.);
■ организмы различных функциональных групп — продуценты, консументы, редуценты.

Продуценты — автотрофные организмы (в основном зеленые растения и водоросли), синтезирующие органические вещества из неорганических. Продуценты используют энергию Солнца, преобразуя ее в химическую энергию органических веществ, доступную всем остальным организмам.

Редуценты — гетеротрофные организмы (бактерии, грибы), которые в процессе своего питания разрушают органическое вещество отмерших растений и животных и экскременты животных, превращая их в простые неорганические соединения, пригодные для усвоения растениями.

Характеристики биогеоценоза (экосистемы): биомасса, продуктивность, видовое разнообразие, плотность популяций каждого вида, соотношение видов по численности и плотности популяций, пространственная и трофическая (пищевая) структуры и т.д.

Биомасса — суммарная масса всех организмов экосистемы или отдельных ее трофических уровней.

■ Биомасса выражается обычно в единицах массы вещества на единицу площади или объема экосистемы (кг/га, кг/м 3 и др.).

■ Биомасса всех организмов Земли составляет 2,4 10 12 т сухого вещества, 90% от этого количества составляет биомасса наземных растений.

Продуктивность — прирост биомассы, созданный организмами экосистемы за единицу времени на единице площади или объема.

■ Продуктивность выражается в единицах массы вещества на единицу площади или объема за определенный отрезок времени (кг/м 2 в год и др.).

Первичная продуктивность экосистемы — количество биомассы, продуцированной за единицу времени всеми растениями этой экосистемы в результате фотосинтеза.

Вторичная продуктивность экосистемы — количество биомассы, продуцированной всеми консументами этой экосистемы за единицу времени.

■ Общая годовая продукция сухого органического вещества на Земле 150-200 млрд, т (из них 2/3 дают наземные экосистемы, 1/3 — водные экосистемы).

■ Наиболее продуктивные экосистемы: тропический дождевой лес (около 2 кг/м 2 в год) и приполярные области Мирового океана (около 0,25 кг/м 2 в год).

Видовая структура биогеоценоза (экосистемы)

Видовая структура БГЦ или экосистемы — разнообразие видов всех входящих в БГЦ (или экосистему) популяций и соотношение этих видов по численности (или биомассе) и плотности популяций.

■ В каждой экосистеме происходит естественный отбор организмов, наиболее приспособленных к данным экологическим условиям.

■ Различают экосистемы, богатые видами (коралловые рифы, дождевые тропические леса и др.), и бедные ими (арктическая тундра, пустыни, болота и др.).

Виды-доминанты — виды, преобладающие по численности особей или занимающие большую площадь в данной экосистеме.

Виды-эдификаторы — виды-доминанты (чаще растения, иногда животные), играющие главную роль в определении состава, структуры и свойств экосистемы путем создания среды для всего сообщества (в ельнике — ель, в березняке — береза и т. д.).

■ Например , в еловом лесу освещенность значительно меньше, а температура воздуха ниже, чем в лиственном; дождевые воды, стекающие с крон елей, имеют кислую реакцию, а под деревьями формируется мощная подстилка из очень медленно разлагающейся хвои с низким содержанием гумуса. В результате ель в процессе своей жизнедеятельности настолько изменяет условия среды, что данный биотоп становится непригодным для существования многих видов организмов и заселяется только видами, хорошо приспособленными к жизни в таких условиях.

Роль редких и малочисленных видов: они увеличивают разнообразие связей в сообществе и служат резервом для замещения видов-доминантов.

■Чем специфичней условия среды, тем беднее видовой состав и выше численность отдельных видов. И наоборот, в богатых сообществах все виды малочисленны.

■ Чем выше видовое разнообразие, тем устойчивее сообщество.

Пространственная и экологическая структуры биогеоценоза

Пространственная структура — распределение организмов (в основном растений) по достаточно четко ограниченным в пространстве (по вертикали и/или по горизонтали) элементам структуры — ярусам и микрогруппировкам .

Ярусы характеризуют вертикальное расчленение фитоценозов. Их образуют надземные вегетативные органы растений и их корневые системы.

■ Основной фактор, определяющий вертикальное распределение растений, — количество света, обусловливающее температурный и влажностный режимы на разных уровнях над поверхностью почвы в биогеоценозе. Верхние ярусы образуются светолюбивыми и лучше приспособленными к колебаниям температуры и влажности воздуха растениями; в нижних ярусах обитают растения, менее требовательные к свету.

■ Ярусы хорошо выражены в лесу (древесный, кустарниковый, травянистый, моховой и т.д.). Животные также распределены по ярусам (обитатели кустарников, мохового покрова, почвы и т. д.).

■ Подземная ярусность фитоценозов выражена слабо или отсутствует. Как правило, общая масса подземных органов закономерно снижается сверху вниз.

Мозаичность — расчлененность (неоднородность) биогеоценоза по горизонтали, выражающаяся в наличии в нем различных микрогруппировок, которые различаются видовым составом, количественным соотношением разных видов, продуктивностью и другими признаками и свойствами.

Мозаичность обусловлена:
■ неоднородностью микрорельефа;
■ особенностями биологии размножения и формы растений;
■ деятельностью растений, животных и человека (образованием муравейников, вытаптыванием травостоя, выборочной вырубкой деревьев и др.).

Экологическая структура БГЦ — это соотношение различных экологических групп организмов, составляющих данный биогеоценоз.

■ Разнообразие и обилие представителей той или иной экологической группы зависят от условий среды (в пустынях преобладают приспособленные к жизни в условиях недостатка воды растения ксерофиты и животные ксерофилы; в водных сообществах — растения гидрофиты и животные гидрофилы и т.д.) и складываются в течение длительного времени в определенных климатических, почвенно-грунтовых и ландшафтных условиях строго закономерно.

■ Это разнообразие обеспечивает высокую плотность организмов в расчете на единицу территории, их максимальную биологическую продуктивность и оптимальные конкурентные отношения.

Сообщества со сходной экологической структурой могут иметь разный видовой состав, так как одни и те же экологические ниши могут занимать разные виды (пример: одну и ту же экологическую нишу в европейской тайге занимает куница, в сибирской — соболь).

Трофическая структура экосистемы. Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах

Все организмы в любой экосистеме объединяет общность питательных веществ и энергии, необходимых для поддержания жизни. Необходимое условие существования экосистемы — постоянный приток энергии извне. Основным способом движения веществ и энергии в экосистеме является питание.

Трофический уровень — совокупность организмов, объединенных типом питания.

Различают следующие трофические уровни:

■ первый уровень образуют автотрофные организмы (продуценты ), создающие органические вещества из неорганических за счет солнечной энергии;

■ второй трофический уровень образуют травоядные животные (консументы 1-го порядка: гусеницы бабочек, мыши, полевки, зайцы, козы и т. п.), потребляющие органические вещества, созданные растениями-продуцентами;

■третий трофический уровень составляют плотоядные животные (консументы 2-го порядка: хищные насекомые, насекомоядные птицы и т.п.), поедающие мелких травоядных животных;

■ четвертый трофический уровень образуют плотоядные животные (консументы 3-го порядка : хищные птицы и звери), потребляющие консументов 2-го порядка, и т.д.

Плотоядные животные могут переходить с третьего на четвертый уровень и обратно, а также на более высокие трофические уровни.

Трофическая (пищевая) цепь (или цепь питания ) — ряд организмов, связанных друг с другом пищевыми взаимоотношениями (путем поедания одних видов другими) и составляющих определенную последовательность, по которой осуществляется круговорот веществ и поток энергии в экосистеме путем их передачи с одного трофического уровня на другой.

■ Отдельными звеньями трофической цепи являются организмы, принадлежащие к разным трофическим уровням.

Трофическая сеть экосистемы — сложное соединение всех характерных для данной экосистемы цепей питания, в которых звенья одной цепи являются составными частями других цепей.

■ Трофическая сеть отражает трофическую структуру экосистемы.

❖ Типы трофических цепей:

■ пастбищные цепи (цепи выедания или потребления ) начинаются с фотосинтезирующих организмов-продуцентов: на суше : растения → насекомые → насекомоядные птицы → хищные птицы; или растения → растительноядные млекопитающие → хищные млекопитающие; в море : водоросли и фитопланктон → низшие ракообразные (зоопланктон) → рыбы → млекопитающие (и частично птицы). Пастбищные цепи преобладают в морях на относительно небольших глубинах.

■ детритные цепи (цепи разложения ) начинаются с отмерших мелких остатков растений, трупов и экскрементов животных (детрита ): детрит → питающиеся им микроорганизмы-редуценты (бактерии, грибы) → мелкие животные (детритофаги: дождевые черви, мокрицы, клещи, ногохвостки, нематоды) → хищники (птицы, млекопитающие). Такие цепи наиболее распространены в лесах, где более 90% ежегодного прироста биомассы растений отмирает, подвергаясь разложению сапро-трофными организмами и минерализации.

❖ Основные характеристики пищевой цепи внутри биогеоценоза: длина цепи, количество, размер и биомасса организмов на каждом трофическом уровне.

■ Цепь питания обычно состоит из 3-5 звеньев (трофических уровней) вследствие больших потерь энергии на построение новых тканей и дыхание организмов.

Продуктивность организмов каждого последующего трофического уровня пищевой цепи всегда меньше (в среднем в Ю раз) продукции предыдущего, поскольку:

■ консументами ассимилируется лишь часть пищи (остальное выделяется в виде экскрементов);

■ большая часть питательных веществ, всасываемых кишечником, расходуется на дыхание и другие процессы жизнедеятельности.

Экологическая пирамида — графическое изображение соотношения между численностями особей, биомассами или энергиями организмов, составляющих трофические уровни в экосистеме, выраженное в числе особей.

■ При этом отдельные звенья пищевой цепи изображают в виде прямоугольников, площадь которых соответствует численным значениям звеньев.

Типы экологических пирамид:

■ пирамида чисел графически отображает соотношение численностей особей разных трофических уровней экосистемы;

■ пирамида биомасс графически показывает количество биомассы (массы живого вещества) на каждом трофическом уровне;

■ пирамида энергии графически отображает величины потоков энергии, передаваемой с одного трофического уровня на другой.

❖ Свойства экологических пирамид:

■ высота пирамид определяется длиной пищевой цепи;

■ биомасса и численность особей каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается — правило экологической пирамиды; оно действует в большинстве (но не во всех) наземных экосистем; в таких экосистемах основания пирамид чисел и биомасс больше последующих уровней;

■ в водных экосистемах основания пирамид чисел и биомасс могут быть меньше, чем размеры последующих уровней (пирамиды перевернуты), что объясняется небольшими размерами организмов-продуцентов (одноклеточных водорослей -фитопланктона);

■ пирамида энергии в наземных и водных экосистемах всегда суживается кверху, так как энергия, затраченная на дыхание, не передается на следующий трофический уровень и уходит из экосистемы.

Самовоспроизводство. саморегуляция и устойчивость экосистем

Любая экосистема является сложной динамической системой, состоящей из многих сотен, иногда тысяч видов организмов, объединенных трофическими, топическими и другими связями.

Самовоспроизводство — способность экосистем воссоздавать поток энергии и обеспечивать круговорот основных веществ и элементов между живыми и неживыми компонентами.

■ Живые организмы извлекают из среды ресурсы и поставляют в нее продукты жизнедеятельности (растения используют световую энергию, СО 2 , Н 2 О, пополняют атмосферу О 2 ; животные поглощают из атмосферы О 2 , выделяют в нее СО 2 и т.д.).

Саморегуляция — способность населения экосистемы восстанавливать свой видовой и количественный состав после какого-либо отклонения, а также способность его различных видов существовать совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем.

■ Регулирующие факторы формируются в самой экосистеме: хищники регулируют численность своих жертв, деятельность травоядных животных влияет на растения и т.д.

Экосистемный гомеостаз — свойство относительного постоянства видового состава и численности особей различных видов в экосистеме, а также относительной стабильности и целостности генетической структуры экосистемы.

■ Указанное постоянство соблюдается лишь в среднем и отражает динамическое равновесие противоположно действующих факторов.

Устойчивость — способность экосистемы выдерживать изменения, вызванные внешними (природными или антропогенными) воздействиями, и восстанавливать связи и динамическое равновесие между основными ее компонентами, нарушенные внешним воздействием.

■ Устойчивость каждой экосистемы имеет свои пределы: если интенсивность или время действия внешнего воздействия превысит некоторый порог, экосистема может погибнуть.

♦ Факторы, обеспечивающие устойчивость и длительность существования экосистемы:
■ постоянный приток солнечной энергии;
■ общий круговорот веществ, осуществляемый продуцентами, консументами и редуцентами;
■ саморегуляция экосистемы;
■ биологическое разнообразие и сложность трофических связей организмов, входящих в ее состав;
■ возможность переключения организмов на питание другим видом взамен вида, ставшего редким (так как почти все виды животных могут использовать несколько источников пищи); при этом малочисленный вид, освобожденный от пресса выедания, постепенно будет восстанавливать свою численность;
■ высокий потенциал размножения основных групп организмов экосистемы (экосистема устойчива, если уменьшение осадков на 50% приводит к уменьшению массы продуцентов на 25%, травоядных консументов на 12,5%, хищных консументов на 6,2% и т.д.);
■ генетическое разнообразие особей популяций; чем оно выше, тем больший шанс у популяции иметь организмы с аллелями, ответственными за появление признаков и свойств, позволяющих выжить и размножаться в изменившихся условиях существования и восстановить прежнюю численность;
■ невысокая степень колебаний условий внешней среды. Например, высоко устойчивы тропические экосистемы, поскольку для тропиков характерны относительное постоянство температуры, влажности, освещенности. Наоборот, для тундры характерны резкие перепады температуры, влажности, освещенности, поэтому тундровые экосистемы менее устойчивы, и им свойственны резкие колебания численности популяций разных видов.

Основанные на знании законов динамики экосистем расчеты их продуктивности и потоков энергии позволяют регулировать численность популяций и круговорот веществ в экосистемах так, чтобы добиться наибольшего выхода необходимой для человека продукции.

Непродуманное вмешательство человека в экосистемы может нарушить природные цепи питания и привести к неконтролируемому росту или снижению численности особей определенных популяций и к нарушению природных экосистем.

Саморазвитие и сукцессия экосистем

Абсолютно устойчивое состояние экосистемы никогда не достигается по причине:
■ непостоянства условий внешней среды;
■ изменений, происходящих в самой экосистеме вследствие жизнедеятельности ее организмов.

Саморазвитие экосистемы — ее способность к циклическим и поступательным изменениям, вызванным различными причинами.
■ Циклические изменения обычно связаны с суточными и сезонными изменениями внешних условий и биологическими ритмами организмов.
■ Поступательные изменения вызываются постоянно действующими внешними или внутренними факторами и приводят к смене одного биогеоценоза другим (сукцессии).

Сукцессия — закономерная, последовательная, необратимая и направленная смена (на определенной территории) одного биогеоценоза другим.

Смена одного фитоценоза в экосистеме другим составляет сукцессионный ряд . При отсутствии нарушений сукцессия завершается образованием более устойчивого сообщества, находящегося в относительном равновесии с абиотической средой (ельник, дубрава, ковыльные степи, торфяное болото и др.).

❖ Причины сукцессий:

■ внешние : постоянно действующие внешние факторы: изменение на данной территории климата и почвенно-грунтовых условий (заболачивание, засоление), в том числе в результате хозяйственной деятельности человека (вырубки лесов, орошения земель в засушливых районах, осушения болот, внесения удобрений на луга, распашки, усиленного выпаса скота и т.д.);

■ внутренние: изменения, возникающие в биотопе вследствие жизнедеятельности организмов при длительном существовании популяций на одном месте, из-за чего биотоп становится малопригодным для одних видов, но пригодным для других. В результате на этом месте развивается другой, более приспособленный к новым условиям биоценоз.

Изменение условий среды обитания (биотопа) неизбежно приводит к изменению (смене) биоценоза. В результате на месте прежнего биогеоценоза (экосистемы) возникает новый. Ведущая роль в процессе смены биогеоценозов принадлежит растениям, хотя биогеоценозы изменяются как единое целое. Одновременно с изменением растительности изменяется и животный мир.

❖ Классификация сукцессий в зависимости от состояния и свойств среды:

■ первичные , начинающиеся на участках, лишенных почвы и растительности (на голых скалах, песчаных дюнах, образовавшихся водоемах, наносах рек, застывших лавовых потоках и т.п.; они длятся сотни и тысячи лет. Важнейшей стадией таких сукцессий является образование почвы путем накопления отмерших растительных остатков или продуктов их разложения;

■ вторичные , происходящие на месте сформировавшихся сообществ после их нарушения в результате эрозии, пожара, вырубки, засухи, вулканического извержения и т.п. Поскольку в таких местах обычно сохраняются богатые жизненные ресурсы, эти сукцессии протекают быстро (в течение десятков лет).

Агроиеноз

Агроценоз (или агробиоценоз ) — искусственно созданная человеком экосистема, структуру и функции которой он поддерживает и контролирует в своих интересах. Это сообщество организмов, обитающих на землях сельскохозяйственного пользования, занятых посевами или посадками культурных растений.

Примеры; поля, огороды, сады, парки, лесопосадки, пастбища, оранжереи, аквариумы, водоемы для разведения рыбы и т.п.

Роль человека в агроценозе: он создает агроценоз, обеспечивает его высокую продуктивность с помощью комплекса специальных агротехнических приемов, собирает и использует урожай.

❖ Роль агроценозов:

■ в настоящее время они занимают 10% всей поверхности суши (около 1,2 млрд, га) и ежегодно дают 2,5 млрд, т сельскохозяйственной продукции (около 90% всей пищевой энергии, необходимой человечеству);

■ они обладают огромными потенциалом для увеличения продуктивности, реализация которого возможна при постоянном, научно обоснованном уходе за почвой, обеспечении растений влагой и элементами минерального питания, охране растений от неблагоприятных абиотических и биотических факторов.

В состав агроценоза входят культурные растения, сорняки, насекомые, дождевые черви, мышевидные грызуны, птицы, бактерии, грибы и другие организмы, связанные между собой трофическими взаимоотношениями.

Пищевые цепи в агроценозе те же, что и в природной экосистеме: продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, птицы, полевки, лисы) и редуценты (бактерии, грибы); обязательное звено пищевой цепи — человек.

❖ Отличия агроценозов от естественных биогеоценозов:

■ в агроценозах действует преимущественно не естественный, а искусственный отбор , который направлен человеком главным образом на максимальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Это резко снижает экологическую устойчивость агроценозов, которые не способны к саморегуляции и самообновлению, не могут существовать самостоятельно (без поддержки человека) в течение более-менее длительного времени (превращаются в биогеоценоз) и могут погибнуть при массовом размножении вредителей или возбудителей болезней;

■ в агроценозах отсутствует полный круговорот веществ и резко нарушен баланс питательных элементов (их основная часть изымается человеком при сборе урожая); для возмещения потерь необходимо постоянное внесение в почву различных питательных веществ в виде удобрений;

■ агроценозы, помимо солнечной энергии, имеют дополнительный источник энергии в виде энергии вносимых человеком минеральных и органических удобрений, химических средств защиты от сорняков, вредителей и болезней, энергии, затраченной на обработку почвы, орошение или осушение земель и т.д.;

■ смена агроценозов происходит по воле человека (в полевых агроценозах — севооборот );

■ продуктивность агроценозов выше , чем биогеоценозов.

♦ Методы повышения продуктивности агроценозов:
■ осушение и орошение почв;
■ борьба с эрозией (укрепление склонов, безотвальная вспашка, залуживание бывших торфяников);
■ нормированное внесение удобрений;
■ дозированное применение средств борьбы с сорняками, вредителями и болезнями растений;
■ применение биологических способов борьбы с вредителями;
■ использование высокопроизводительной техники;
■ выведение и использование новых высокоурожайных сортов культурных растений, устойчивых к болезням и вредителям;
■ соблюдение научно обоснованных севооборотов;
■ использование теплиц и парников;
■ применение методов выращивания овощей без грунта — гидропоники (в качестве субстрата используется гравий, орошаемый растворами солей) и аэропоники (субстрат отсутствует, а корни периодически опрыскиваются растворами минеральных солей).

1 вариант

1. Что из перечисленного относиться к искусственным биоценозам?

А) степь, б) поле, в) луг

2. как называется вертикальное пространственное деление биоценоза?

А) ярусность, б) слоистость, в) мозаичность

3. Как называются компоненты биоценоза - организмы, способные производить органические вещества из неорганических?

4. Как называются организмы, разрушающие отмершие остатки живых существ, превращая их в неорганические и простейшие органические соединения?

А) продуценты, б) консументы, в) редуценты

5. Кто является консументом второго порядка?

А) заяц, б) орел, в) мышь полевка

6. Сколько факторов среды выделяют?

А) 3, б) 4, в) 5

7. Как называется влияние одних организмов на другие?

А) биотические, б) абиотические, в) антропогенные

8. Какой из этих факторов антропогенный?

А) поедание хвои животными, б) выветривание почв, в)осушение болот

9. Из предложенного списка организмов выпишите отдельно продуцентов:

Тест по теме «Естественные и искусственные биоценозы.

Факторы среды и их влияние на биоценозы».

2 вариант

1. Что из перечисленного относиться к естественным биоценозам?

А) лес, б) сад, в) пруд

2. Из каких компонентов состоит биоценоз?

А) продуценты и консументы, б) консументы и редуценты, в) продуценты, консументы и редуценты

3. Как называются гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами? А) продуценты, б) консументы, в) редуценты

4. Как называются хищные гетеротрофы?

А) консументы 1 порядка, б) консументы 2 порядка в) консументы 3 порядка

5. Кто из этих организмов является редуцентом?

А) гриб, б) волк, в) дуб

6. Как называется совокупность прямых или косвенных воздействий неорганической среды на живые организмы?

А) антропогенные факторы, б) абиотические факторы, в) биотические факторы

7. Как называется фактор воздействия деятельности человека на другие организмы?

А) биотический, б) абиотический, в) антропогенный

8. Какой из факторов относиться к биотическим?

А) охота лисиц на грызунов, б) вырубка леса, в) состав почвы

9. Из предложенного списка организмов выпишите отдельно редуцентов:

1.Водоросли, 2. Бактерии, 3. Волк, 4. Уж, 5. Лисица, 6. Сурок. 7. Грибы, 8. Ястреб, 9. Зеленые растения, 10. Кузнечик, 11. Змея, 12. Микроскопические водоросли, 13. Заяц, 14. Черви, 15. Мышь, 16. Ящерица, 17. Рыбы

Ответы к тесту «Естественные и искусственные биоценозы.

Факторы среды и их влияние на биоценозы».

Вариант 1

1.б

2.а

3.а

4.в

5.б

6.а

7.а

8.в

9. 1, 9, 12

Вариант 2

1.а

2.в

3.б

4.б

5.а

6.б

7.в

8.а

9. 2, 7, 14

Биоценоз

Биоценоз - это совокупность популяций различных видов живых организмов, населяющих какой-либо более или менее однородный участок земной поверхности (суши или водоема). Биоценоз характеризуется определенными отношениями организмов между собой и приспособленностью к окружающей их среде (биотопу). Он моет быть составлен немногими (олигоценоз) и многими (полиценоз) видами. Один вид биоценоз составлять не может: даже в сельскохозяйственной монокультуре (пшеничное поле, яблоневый сад и пр.) всегда участвуют многие виды наземных и почвенных организмов.

Биоценоз принято делить по систематическим признакам на фитоценоз, зооценоз и микробоценоз. Функционально-экологически биоценоз делится по ступеням экологической пирамиды на группы организмов - продуцентов, консументов и редуцентов, объединенных трофическими связями. Вместе с биотопом биоценоз составляет биогеоценоз. Структурно биоценоз делят на горизонты, слои, ярусы, пологи, меротопы. Биоценозы, развиваясь, либо самообновляются, либо после фазы самообновления стареют и в результате сукцессии относительно быстро и закономерно сменяются другими биоценозами.

Как функциональные части биогеоценозов биоценозы составляют практически непрерывный биоценотический покров - континуум. Как сложное своеобразное образование биоценоз характеризуется биомассой (первичной и вторичной) и биологической продуктивностью.

Более широким понятием, чем экосистема, является ландшафт. Ландшафт - конкретная территория, однородная по своему происхождению и истории развития и неделимая по зональным и азональным признакам, обладающая единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, общим климатом, единообразным сочетанием гидротермических условий, почв, биоценозов и определенной структурой, т.е. закономерным сочетанием его морфологических частей (местностей, урочищ, фаций); это основная единица физико-географического районирования. В зависимости от происхождения различают ландшафт: природный, геохимический, культурный, акультурный, антропогенный, агрикультурный, болотный, географический, элементарный и др.

Важное свойство ландшафта - быть средовоспроизводящей системой условий, необходимых для жизнедеятельности живых организмов, - поддерживать газовый состав воздуха, качество воды и почвы в экологически оптимальных пределах.

Экологические факторы как специфические элементы природной среды

Организмы не могут существовать изолированно от окружающей их среды со всем многообразием ее природных условий. Взаимодействия между компонентами биоценоза осуществляются через определенные элементы среды, т.е. посредством определенных факторов, действующих на биологические объекты. Однако не все факторы одинаково влияют на организм. Есть такие элементы среды, факторы, которые безразличны для организма. Поэтому необходимо различать средообразующие элементы, или факторы вообще, и экологические факторы, оказывающие определенное воздействие на организм.

Раздел экологии, который занимается изучением взаимоотношений живых организмов с окружающей их средой носит название аутэкология (факторальная экология). Так что же такое вообще экологический фактор?

Экологическими факторами называют элементы среды, оказывающие существенное влияние на живой организм. Они по своим особенностям весьма разнообразны, имеют различную природу и специфику действия.

Понятие экологического фактора - одно из наиболее общих и чрезвычайно широких понятий экологии. В соответствии с этим задача классификации экологических факторов оказалась весьма сложной, так что общепринятого варианта до сих пор нет. В то же время достигнуто согласие относительно целесообразности использования при классификации экологических факторов определенных признаков. Прежде всего экологические факторы делятся на внешние (экзогенные или энтопические) и внутренние (эндогенные) по отношению к данной экосистеме. К внешним относятся факторы, действие которых в той или иной степени определяют изменения, происходящие в экосистеме, но сами они практически не испытывают ее обратного воздействия. Таковы солнечная радиация, интенсивность атмосферных осадков, атмосферное давление, скорость ветра, скорость течения и т.д. В отличие от них внутренние факторы соотносятся со свойствами самой экосистемы (или отдельных ее компонентов) и в действительности образуют ее состав. Таковы численности и биомассы популяций, запасы различных веществ, характеристики приземного слоя воздуха, водной или почвенной массы и т.д.

Второй распространенный классификационный принцип - это деление факторов на биотические, абиотические и антропогенные.

Абиотические факторы - температура, свет, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности - это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы (климатические, эдафические, топографические, гидрофизические, гидрохимические факторы).

Биотические факторы - это все формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других, вступает в связь с представителями своего вида и других видов - растениями, животными, микроорганизмами, зависит от них и сам оказывает на них воздействие. Окружающий органический мир - составная часть среды каждого живого существа. К этой группе принадлежат топические взаимоотношения организмов на почве их совместного проживания (антагонизм организмов, выделение фитонцидов, антибиотиков и др.), трофические поглощения (автотрофы и гетеротрофы), генеративные отношения (на основе размножения).

Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни. В ходе истории человечества развитие сначала охоты, а затем сельского хозяйства, промышленности, транспорта сильно изменило природу нашей планеты. Значение антропогенных воздействий на весь живой мир Земли продолжает стремительно возрастать.

Следует отметить, что деление факторов на эндогенные и экзогенные, как и на биотические и абиотические не совпадает. В частности, существуют как экзогенные биотические, например интенсивность заноса извне (из другой экосистемы) семян некоторых видов в экосистему, так и эндогенные абиотические факторы, такие, как концентрация О2 или СО2; в приземном слое воздуха или в воде (биогенное происхождение О2 и СО2 не превращает их в биотические факторы).

Широкое использование в экологической литературе находит классификация факторов в основном по отличительным свойствам экосистемы и внешней среды, специфическое влияние которых они характеризуют. Например, среди экзогенных различают метеорологические (климатические), геологические, гидрологические, миграционные (биогеографические), антропогенные факторы, а среди эндогенных - микрометеорологические (называемые также микро - или биоклиматическими), почвенные (эдафические), водные (относящиеся к водной массе) и биотические (характеризующие свойства растений, животных и микроорганизмов). Существуют и другие классификации. Важным классификационным показателем служит характер временной динамики экологических факторов, в особенности наличие или отсутствие ее периодичности (суточной, лунной, сезонной, многолетней).

Особая роль среди экологических факторов принадлежит суммативным (аддитивным) факторам, характеризующим численности, биомассы или плотности популяций организмов, а также запасы или концентрации различных форм вещества и энергии, временные изменения которых подчиняются законам сохранения. Например, говорят о ресурсах тепла, влаги, органической и минеральной пищи и т. д. В отличие от них такие факторы, как интенсивность и спектральный состав радиации, уровень шума, окислительно-восстановительный потенциал, скорость ветра или течения, размер и форма пищи и т.д., которые также сильно влияют на организмы, не относятся к категории ресурсов, так как к ним неприменимы законы сохранения.

Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но не действует на более мелких, которые укрываются в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных и т.п.

Изменения факторов среды во времени могут быть:

1. Регулярно-периодическими, меняющими силу воздействия в связи со временем суток или сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане;

2. Нерегулярными, без четкой периодичности, например изменения погодных условий в разные годы, явления катастрофического характера - бури, ливни, обвалы и т.п.;

3. Направленными на протяжении известных, иногда длительных, отрезков времени, например при похолодании ли потеплении климата, зарастании водоемов, постоянном выпасе скота на одном и том же участке и т.п.

Экологические факторы среды могут оказывать на живые организмы воздействия разного рода:

1. Как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций;

2. Как ограничители, обусловливающие невозможность существования в данных условиях;

3. Как модификаторы, вызывающие анатомические и морфологические изменения организмов;

4. Как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

Все экологические факторы или во всяком случае основные, ведущие, довольно тесно взаимосвязаны друг с другом. Обычно изменение одного из них влечет за собой и изменение других. Однако следует помнить и о том, что каждый экологический фактор или комплекс взаимодействующих факторов по-разному действует на организмы в разные фазы их онтогенеза. Экологические свойства особей меняются с возрастом и в зависимости от жизненного состояния. Своеобразие действия фактора зависит и от того, каким путем размножается особь - генеративным или вегетативным. Наконец, надо учитывать и генетическую неоднородность популяций

Главные задачи экологии сводятся к познанию законов действия различных экологических факторов, взятых как в отдельности, так и в совокупности.

Факторы природной среды биосферы приходится рассматривать в двух системах - элементарной и комплексной.

Элементарная разделяет их по принципу разделения наук о природе. К физическим факторам относятся температура, свет, давление, электрические явления и все остальное, что изучает физика, к химическим - реакция среды, наличие веществ и элементов, к биологическим - влияние микроорганизмов, растений и животных.

Но факторов этих чрезвычайно много, и, работая в природе, изучать их сразу все очень трудно, и иногда невозможно. Однако можно выйти из положения, если учесть, что элементарные факторы в природе действуют не независимо друг от друга, а объединяются в закономерные комплексы. Например, стоит сказать, что такой комплекс, как ясная погода, сменился другим, пасмурной, - и каждый специалист поймет, что при этом давление понизилось, облачность и влажность увеличились, доля прямой радиации (солнечного излучения) резко уменьшилась, рассеянной возросла, суточные колебания температуры сократились... К основным подразделениям комплексной системы факторов относятся: климат - все воздействия, идущие через атмосферу; геологические условия - все особенности строения земной поверхности, почвы; биотические факторы - воздействия живой природы и, наконец, человеческая деятельность.

Какой системой факторов удобнее пользоваться - это зависит от обстоятельств, от целей работы. Если мы ставим полевой или тем более лабораторный опыт по подбору лучших дозировок удобрений, то удобна элементарная система. Если оцениваем хозяйственные угодья или ведем экспедиционные исследования, то все преимущества - у комплексной. Но оба метода познания, аналитический, заключенный в использовании элементарной системы факторов, и синтетический, связанный с комплексной системой, как всегда, дополняют друг друга в деле познания истины.

Действие одного фактора может быть изменено другим, но не может быть замещено. Однако при комплексном действии среды может наблюдаться как бы «эффект замещения», или, лучше, «эффект компенсации».

Чтобы судить о значении экологического фактора, надо учитывать продолжительность и повторяемость его экспериментального действия в течение жизни данного организма и потомков этого организма.

Каждый экологический фактор характеризуется определенными количественными показателями - интенсивностью и диапазоном действия. То есть влияние экологического фактора сильно зависит от его «дозировки». Действия фактора прежде всего характеризуются его амплитудой, размахом колебаний. В этом отношении еще со времен Сакса принято выделять три кардинальные точки для жизни (и отдельных функций) организма или вида (рис. 2) и значения интенсивности фактора.

Рис. 2.

Две точки - минимум и максимум - характеризуют «пороговое» действие фактора, при котором развитие организма или вида идет хуже всего. Этих точек две: одна в области недостаточного, другая в области избыточного значения фактора. Эти точки называют «пессимумом», зоной угнетения. Вся заштрихованная зона - зона жизнедеятельности организма. Наилучшее развитие идет при оптимальной интенсивности фактора (средняя часть). Зона действия фактора - от минимума до максимума - представляет собой экологическую валентность вида.

Вышесказанное может быть выражено и более простой кривой (рис. 3), в двух координатах, где по оси абсцисс отложена интенсивность фактора, а по оси ординат - изменение состояния организма «теоретически» оно бы шло по прямой (1), но действительное действие фактора оказывается иным (2). Диапазоном действия фактора являются такие его интенсивности, в пределах которых может существовать организм.

Рис. 3.

Таким образом, биологический процесс может осуществляться не при любых изменениях фактора, а в пределах двух его значений - максимального и минимального, которые представляют собой границы (пределы) толерантности данного процесса относительно данного фактора.

Однако следует помнить, что экологические факторы действуют не по отдельности, а в совокупности. Правило, или «закон», совокупного действия экологических факторов было установлено еще в начале XX в. В 1909 г немецкий агрохимик и физиолог растений А. Митчерлих вывел закон, который он назвал «закон эффективности факторов». В 1918 г. этот «закон» был пересмотрен и переименован Б. Бауле в «закон совокупного действия». Согласно этому закону: величина урожая () зависит не только от какого-нибудь одного (пусть даже лимитирующего) фактора, но и от всей совокупности действия факторов одновременно, т.е. = (Х1, X2, Х3, ....., Хn). Закон совокупного действия факторов иногда называют законом Митчерлиха-Бауле. Экспериментально установлено, что в природе один экологический фактор может воздействовать на дугой; поэтому успех вида в окружающей среде зависит от взаимодействия факторов. Например, повышенная температура способствует ускорению испарения влаги, снижение освещенности обусловливает снижение потребностей растений в содержании цинка в почве, животные труднее переносят высокие температуры при большой влажности.

Фактор, который при определенном наборе условий окружающей среды ограничивает какое-либо проявление жизнедеятельности организмов; называется лимитирующим фактором. Иначе можно сказать лимитирующий фактор - это экологический фактор, концентрация которого выше или ниже оптимальной.

Понятие о лимитирующем факторе ведет начало от закона минимума Либиха (1840) и закона толерантности Шелфорда (1913). Как лимитирующий фактор особенно часто выступают температура, свет, биогенные вещества, течение и давление среды, почва, пожары и т.д.

Закон минимума Либиха, иначе закон ограничивающих факторов, гласит, что факторы среды, имеющие в конкретных условиях пессимальное значение, т.е. наиболее удаляющиеся от оптимума, особенно затрудняют (ограничивают) возможность существования вида в данных условиях несмотря на оптимальное сочетание остальных условий. Такие уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни вида или отдельных особей, определяя их географический ареал. Например, растениям для нормального развития нужны К, N, Р и комплекс микроэлементов. В почвах конкретного поля некоторые из этих элементов могут быть в достаточном, другие - в явно недостаточном, количестве. Бездумное внесение всех без исключения удобрений нанесет вред окружающей среде, так как будут использованы только нужные элементы, а ненужные - будут смыты в водоемы и могут стимулировать цветение воды (эвтрофикацию).

Закон толерантности Шелфорда, закон, согласно которому лимитирующим фактором процветания может быть как минимум, так и максимум экологического фактора, диапазон между которыми определяет величину толерантности (выносливости) организма к данному фактору. Иными словами этот закон можно пояснить так: отсутствие или невозможность существования вида определяется как недостатком, так и избытком любого из ряда факторов, имеющих уровень, близкий к пределам переносимого данным организмом.

Однако надо сформулировать ряд положений, дополняющих «закон толерантности» Шелфорда.

Некоторым организмам свойственно иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий - в отношении другого.

Наиболее распространенными будут виды, имеющие широкий диапазон толерантности ко всем факторам.

В связи с первыми двумя положениями иногда выделяют противоположные пары видов: стенотермный - эвритермный (по температуре); стеногидрический - эвригидрический (по воде); стеногалинный - эвригалинный (по засоленности); стенойкный - звриойкный (местообитание). Соотношение этих пар видов можно изобразить графически (рис. 4), например зависимость роста (ордината) от температуры (абсцисса). В этом случае вид 1 будет стенотермным (узкая амплитуда) и, кроме того, олиготермным, т.е. развивающимся при малых температурах; иначе говоря, его минимум и максимум сближены («стено»), но оптимум лежит при низких температурах. Вид 2 будет тоже стенотермным, но в то же время мегатермным, приспособленным к высоким температурам. А вид 3 - эвритермный с промежуточно лежащим оптимумом.

Рис. 4.

3. Третьим дополнением к «закону толерантности» будет следующее: если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то диапазон толерантности может сузиться и по отношению к другим экологическим факторам.

4. Использованию организмами оптимальных физических условий среды во многих случаях мешают конкурентные отношения.

5. Многие факторы среды становятся лимитирующими в критические периоды жизни организмов, особенно в периоды размножения.

Подводя итог сказанному о лимитирующих факторах, можно сказать, что всякое условие, которое приближается к пределам толерантности (терпимости) или выходит за эти пределы, называется лимитирующим фактором. Следовательно, в природе организмы зависят не только от содержания необходимых веществ, от соотношения и состояния критических физических факторов, но также и от диапазона толерантности (устойчивости) самих организмов к этим и другим компонентам среды.

Тип урока - комбинированный

Методы: частично-поисковый, про-блемного изложения, репродуктивный, объясни-тельно-иллюстративный.

Цель: овладение умениями применять биологические знания в практической деятельности, использо-вать информацию о современных достижениях в области биологии; работать с биологическими приборами, инструментами, справочниками; проводить наблюдения за биологическими объ-ектами;

Задачи:

Образовательные : формирование познавательной культуры, осваиваемой в процессе учебной деятельно-сти, и эстетической культуры как способно-сти к эмоционально-ценностному отношению к объектам живой природы.

Развивающие: развитие познавательных мотивов, направ-ленных на получение нового знания о живой природе; познавательных качеств личности, связанных с усвоением основ научных знаний, овладением методами исследования природы, формированием интеллектуальных умений;

Воспитательные: ориентация в системе моральных норм и цен-ностей: признание высокой ценности жизни во всех ее проявлениях, здоровья своего и дру-гих людей; экологическое сознание; воспита-ние любви к природе;

Личностные : понимание ответственности за качество приобретенных знаний; понимание ценности адекватной оценки собственных достижений и возможностей;

Познавательные : умение анализировать и оценивать воздействие факторов окружающей среды, факторов риска на здоровье, последствий деятельности человека в экосистемах, влияние собственных поступков на живые организмы и экосистемы; ориентация на постоянное развитие и саморазвитие; умение работать с различными источниками информации, пре-образовывать её из одной формы в другую, сравнивать и анализировать информацию, делать выводы, готовить сообщения и презентации.

Регулятивные: умение организовать самостоятельно выполнение заданий, оценивать правильность выполнения работы, рефлексию своей деятельности.

Коммуникативные: формирование коммуникативной компетентности в общении и сотрудничестве со сверстниками, понимание особенностей гендерной социализации в подростковом возрасте, общественно полезной, учебно-исследовательской, творческой и дру-гих видов деятельности.

Технологии: Здоровьесбережения, проблем-ного, раз-вивающего обучения, групповой деятельно-сти

Виды деятельности (элементы содержания, контроль)

Формирование у учащихся деятель-ностных способностей и способностей к структурированию и систематизации изучаемого предметного содержания: коллективная работа — изучение текста и иллюстративного материала составление таблицы «Си-стематические группы многоклеточных » при консультативной помощи учеников- экспертов с последующей самопровер-кой; парное или групповое выполнение лабораторной работы при консульта-тивной помощи учителя с последующей взаимопроверкой; самостоятельная работа по изученному материалу.

Планируемые результаты

Предметные

понимать смысл биологических терминов;

описывать особенности строения и основные процессы жизнедеятельности животных разных систематических групп; сравнивать особенно-сти строения простейших и многоклеточных животных;

распознавать органы и системы органов живот-ных разных систематических групп; сравнивать и объяснять причины сходства и различий;

устанавливать взаимосвязь между особенно-стями строения органов и функциями, которые они выполняют;

приводить примеры животных разных система-тических групп;

различать на рисунках, таблицах и натуральных объектах основные систематические группы простейших и многоклеточных животных;

характеризовать направления эволюции живот-ного мира; приводить доказательства эволюции животного мира;

Метапредметные УУД

Познавательные:

работать с разными источниками информации, анализировать и оценивать информацию, пре-образовывать ее из одной формы в другую;

составлять тезисы, различные виды планов (простых, сложных и т. п.), структурировать учебный материал, давать определения поня-тий;

проводить наблюдения, ставить элементарные эксперименты и объяснять полученные резуль-таты;

сравнивать и классифицировать, самостоятель-но выбирая критерии для указанных логиче-ских операций;

строить логические рассуждения, включающие установление причинно-следственных связей;

создавать схематические модели с выделением существенных характеристик объектов;

определять возможные источники необходимых сведений, производить поиск информации, ана-лизировать и оценивать ее достоверность;

Регулятивные:

организовывать и планировать свою учебную деятельность — определять цель работы, после-довательность действий, ставить задачи, про-гнозировать результаты работы;

самостоятельно выдвигать варианты решения поставленных задач, предвидеть конечные ре-зультаты работы, выбирать средства достиже-ния цели;

работать по плану, сверять свои действия с це-лью и, при необходимости, исправлять ошибки самостоятельно;

владеть основами самоконтроля и самооцен-ки для принятия решений и осуществления осознанного выбора в учебно-познавательной и учебно-практической деятельности;

Коммуникативные:

слушать и вступать в диалог, участвовать в кол-лективном обсуждении проблем;

интегрироваться и строить продуктивное взаи-модействие со сверстниками и взрослыми;

адекватно использовать речевые средства для дискуссии и аргументации своей позиции, сравнивать разные точки зрения, аргументи-ровать свою точку зрения, отстаивать свою по-зицию.

Личностные УУД

Формирование и развитие позна-вательного инте-реса к изучению биологии и исто-рии развития зна-ний о природе

Приемы: анализ, синтез, умозаключение, перевод информации с одного вида в другой, обобщение.

Основные понятия

Среда обитания, экологические факторы, типы экологических факторов: абиотические, биотические, антропогенные

Ход урока

Актуализация знаний (концентрация внимания при изучении нового материала)

Выберите правильный на ваш взгляд вариант ответа

1. Что из перечисленного относиться к искусственным биоценозам?

поле

2. Как называется совокупность популяций, входящих в состав биоценоа?

видовое многообразие

доминанты

биомасса

3. как называется вертикальное пространственное деление биоценоза?

ярусность

слоистость

мозаичность

4. Из каких компонентов состоит биоценоз?

продуценты и консументы

консументы и редуценты

продуценты, редуценты и консументы

5. Как называются компоненты биоценоза - организмы, способные производить органические вещества из неорганических?

продуценты

консументы

редуценты

6. Как называются гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами?

продуценты

консументы

редуценты

7. Как называются организмы, разрушающие отмершие остатки живых существ, превращая их в неорганические и простейшие органические соединения?

редуценты

консументы

продуценты

8. Как называются хищные гетеротрофы?

консументы первого порядка

консументы второго порядка

консументы третьего порядка

9. Кто из этих организмов является редуцентом?

гриб

10. Кто является консументом второго порядка?

орел

мышь полевка

Изучение нового материала (рассказ учителя с элементами беседа)

Условия среды, влияющие на живые организмы биоценозов, называются экологическими факторами, или факторами среды обитания.

Факторы среды многообразны и разнокачественны . Их делят на абиотические, зависящие от неживой природы, биотические, зависящие от жизнедеятельности самих организмов, и антропогенные, зависящие от деятельности человека.

Абиотическими факторами называются все компоненты неживой природы, так или иначе влияющие на живые организмы. Это свет, температура и влажность воздуха, ветер, давление, структура и состав почвы, рельеф местности, а также физические и химические свойства воды, радиоактивное излучение.

Действие факторов неживой природы зависит от климатических условий среды обитания.

Одним из них является солнечный свет . От его количества зависит интенсивность фотосинтеза, а значит и насыщенность воздуха кислородом. Именно это вещество необходимо живым организмам для дыхания.

К абиотическим факторам относятся также температурный режим и влажность воздуха. От них зависит видовое разнообразие и вегетационный период растений, особенности жизненного цикла животных. Живые организмы по-разному приспосабливаются к данным факторам. К примеру, большинство покрытосеменных деревьев сбрасывают на зиму листву, чтобы избежать излишней потери влаги. Растения пустынь имеют стержневую корневую систему, которая достигает значительных глубин. Это обеспечивает их необходимым количеством влаги. Первоцветы успевают за несколько весенних недель вырасти и отцвести. А период засушливого лета и холодной малоснежной зимы они переживают под землей в виде луковицы. В этом подземном видоизменении побега накапливается достаточное количество воды и питательных веществ. -

Абиотические экологические факторы предполагают также влияние местных факторов на живые организмы .

К ним относятся характер рельефа, химический состав и насыщенность гумусом почв, уровень солености воды, характер океанических течений, направление и скорость ветра, направленность радиационного излучения. Их влияние проявляется как непосредственно, так и косвенно. Так, характер рельефа обусловливает действие ветров, увлажненности и освещенности.

Влияние абиотических факторов

Факторы неживой природы имеют разный характер воздействия на живые организмы. Монодоминантным является воздействие одного преобладающего влияния при незначительном проявлении остальных. К примеру, если в почве недостаточно азота, корневая система развивается на недостаточном уровне и другие элементы не могут влиять на ее развитие. Усиление действия одновременно нескольких факторов является проявлением синергизма. Так, если в почве достаточно влаги, растения лучше начинают усваивать и азот, и солнечное излучение. Абиотические факторы, биотические факторы и анропогенные могут быть и провокационными. При раннем наступлении оттепели растения наверняка пострадают от заморозков.

К биотическим факторам относят все формы воздействия организмов друг на друга как внутри вида, так и между различными видами. Каждый организм испытывает на себе постоянно непосредственное, прямое или косвенное воздействие со стороны микроорганизмов, грибов, растений и животных своего и других видов. Существование биоценоза зависит от взаимных связей организмов.

Особенности действия биотических факторов

К биотическим факторам относятся различные формы влияния живых организмов друг на друга. Они также могут быть прямыми и косвенными и проявляться достаточно полярно. В определенных случаях организмы не оказывают влияния. Это типичное проявление нейтрализма. Это редкое явление рассматривается только в случае полного отсутствия прямого воздействия организмов друг на друга. Обитая в общем биогеоценозе, белки и лоси никак не взаимодействуют. Однако на них действует общее количественное соотношение в биологической системе.

Примеры биотических факторов

Биотическим фактором является и комменсализм . К примеру, когда олени разносят плоды репейника, они не получают от этого ни пользы, ни вреда. При этом они приносят значительную пользу, расселяя многие виды растений. Между организмами часто возникают и взаимовыгодные отношения. Их примерами является мутуализм и симбиоз. В первом случае происходит взаимовыгодное сожительство организмов разных видов. Типичным примером мутуализма являются рак-отшельник и актиния. Ее хищный цветок является надежной защитой членистоногого животного. А раковину актиния использует в качестве жилища.

Более тесным взаимовыгодным сожительством является симбиоз . Его классическим примером являются лишайники. Эта группа организмов представляет собой совокупность нитей грибов и клеток сине-зеленых водорослей.

Деятельность любого организма и особенно взаимодействие групп организмов между собой приводит к изменению среды обитания — это тоже биотический фактор. Например, дождевые черви значительно улучшают почву, а стада копытных, наоборот, разрушают структуру почвы, вытаптывают ее, способствуют ветровой и водной эрозии.

Биотические факторы, примеры которых мы рассмотрели, можно дополнить и хищничеством. При этом типе взаимодействий организмы одного вида являются пищей для других. В одном случае хищники нападают, умерщвляют и поедают свою жертву. В другом - занимаются поиском организмов определенных видов.

Воздействие биотических факторов может быть прямым и косвенным . Например, прямое влияние имеет место, когда зеленые растения поедаются растительноядными животными. Размножившийся на картофельном поле колорадский жук и его личинки, уничтожая зеленую массу картофеля, снижают его урожай.

Косвенное влияние проявляется при изгнании животных данного вида из нор или других мест обитания, при уничтожении их кормовой базы или наличии постоянного беспокойства.

Известно также положительное и отрицательное воздействие биотических факторов на животные организмы.

Примером положительного воздействия является акклиматизация червей нереид в Азовском море как кормовой базы рыб. Примером отрицательного воздействия может служить завоз в Австралию кроликов, которые стали конкурентами кенгуру в борьбе за кормовые угодья.

Антропогенные факторы . На протяжении своего существования человек оказывал и оказывает в настоящее время чрезвычайно разнообразное воздействие на различные биоценозы и в целом на всю природу Земли.

Действие антропогенных факторов

Абиотические факторы, биотические факторы долгое время являлись единственными, влияющими на живые организмы. Однако с развитием человеческого общества его влияние на природу возрастало все больше.

Известный ученый В. И. Вернадский даже выделил отдельную оболочку, созданную деятельностью человека, которую он назвал Ноосферой. Вырубка лесов, неограниченная распашка земель, истребление многих видов растений и животных, неразумное природопользование являются основными факторами, которые изменяют окружающую среду.

Промысел животных, сбор растений, распашка земель, осушение болот, постоянное выкашивание и выжигание растений, затапливание огромных территорий для создания водохранилищ, колоссальная задымленность, производство отходов в виде пыли и многих вредных примесей в воздухе от работы металлургических заводов и комбинатов, акклиматизация и реакклиматизация животных — вот далеко не полный перечень воздействия человека на живые организмы естественных биоценозов.

Отрицательное влияние многообразной деятельности человека на живые организмы, естественные биоценозы стремительно усиливается.

В своей основе проявление деятельности человека может быть положительным и отрицательным одновременно.

Например, искусственное поддержание оптимальных условий для жизни выведенных человеком высокопродуктивных и устойчивых к заболеваниям пород животных может служить положительным примером. Однако то, что при этом человек сознательно уничтожает многие естественные биоценозы, — пример отрицательный.

К сожалению, сегодня отрицательных примеров значительно больше. К примеру, загрязнение среды приводит к сокращению числа организмов как наземных, так и водных биоценозов.

Выброс огромного количества отходов в виде газа, пыли , жидких аэрозолей большими промышленными предприятиями отражается на фотосинтезе зеленых растений, при этом снижается процентное содержание кислорода в воздухе, которым дышат обитатели Земли, в том числе и человек. Загрязнение водной среды ядовитыми соединениями губительно для жизни водных растений, а снижение их численности и исчезновение приводит к гибели губок, полипов, ракообразных, моллюсков, рыб.

Среда обитания и ее факторы

Биотические факторы, примеры которых были приведены, наряду с другими группами и формами влияний, в разных средах обитания имеют свою значимость. Наземно-воздушная жизнедеятельность организмов в значительной степени зависит от колебания температуры воздуха. А в водной этот же показатель не так важен. Действие антропогенного фактора в данный момент приобретает особое значение во всех средах обитания других живых организмов.

Лимитирующие факторы и адаптация организмов

Отдельной группой можно выделить факторы, которые ограничивают жизнедеятельность организмов. Их называют лимитирующими или ограничивающими.

Для листопадных растений к абиотическим факторам относятся количество солнечной радиации и влаги. Они и являются ограничивающими.

В водной среде лимитирующими являются ее уровень солености и химический состав. Так глобальное потепление приводит к таянию ледников. В свою очередь это влечет за собой увеличение содержания пресной воды и уменьшение уровня ее солености. В результате растительные и животные организмы, которые не могут приспособиться к изменению данного фактора и адаптироваться, неминуемо гибнут. На данный момент это является глобальной экологической проблемой человечества.

Вывод.

Итак, абиотические факторы, биотические факторы и антропогенные в совокупности действуют на разные группы живых организмов в средах обитания, регулируя их численность и процессы жизнедеятельности, меняя видовое богатство планеты.

Факторы среды и их влияние на биоценозы | Биология 7 класс

Экологические факторы среды

Абиотические факторы среды и организмы.AVI

Биотические факторы среды

Антропогенные факторы и их влияние на окр среду

Самостоятельная работа

Что такое факторы среды?

Факторы среды - условия среды, влияющие на живые организмы биоценозов.

Какие группы факторов среды самые древние и самые молодые?

1. Какими примерами вы можете подтвердить прямое и косвенное влияние биотических факторов?

Прямое влияние: поедание зеленной массы травоядными животными, поедания травоядных хищниками (колорадский жук поедает зеленную массу картофеля, кусули поедают траву, волк ест зайца). Косвенное влияние: зависимость количества хищников, от количества растительности (численность сов зависит от количества мышей, а те массово размножаются при наличии корма - зерновых культур).

2. Как кроты изменяют среду своего обитания?

Кроты изменяют состояние почвенной среды, в которой они обитают, тем, что создают систему подземных ходов и периодически выбрасывают землю на поверхность в виде кротовин. В результате происходит перемешивание слоев почвы и улучшается ее аэрация.

Задания

Приведите примеры положительного и отрицательного воздействия человека на природу в результате хозяйственной деятельности.

Положительное воздействие : охрана исчезающих видов, тушение пожаров, создание природоохранных территорий, борьба с вредителями лесов.

Отрицательной воздействие : загрязнение водоемов, сокращение биоразнообразия, распашка земель и развитие эрозии, сокращение лесных площадей, загрязнение воздуха.

Ресурсы

Биология. Животные. 7 класс учебник для общеобразоват. учрежде-ний/ В. В. Латюшин, В. А. Шапкин.

Активные формы и методы обучения биологии : Животные. Кп. для учителя: Из опыта работы, —М.:, Просвещение. Молис С. С.. Молис С. А

Рабочая программа по биологии 7класс к УМК В.В. Латюшина, В.А. Шапкина (М.: Дрофа).

В.В. Латюшин, Е. А. Ламехова. Биология. 7 класс. Рабочая тетрадь к учебнику В.В. Латюшина, В.А. Шапкина «Биология. Животные. 7 класс». - М.: Дрофа.

Захарова Н. Ю. Контрольные и проверочные работы по биологии: к учебнику В. В. Латюшина и В. А. Шапкина «Биология. Животные. 7 класс»/ Н. Ю. Захарова. 2-изд. - М.: Издательство «Экзамен»

Хостинг презентаций