10538

Основні поняття в екології. Екологічна система, біогеоценоз та його структура. Трофічні ланцюги живлення. Екологічні фактори. Лімітуючий фактор. Біотичні та абіотичні фактори

Лекция

Экология и защита окружающей среды

Природне середовище – це все живе й неживе, що оточує організми і з чим вони взаємодіють. Розрізняють повітряне, водне та ґрунтове середовище, таким середовищем може бути і тіло іншого організму (для паразитуючих організмів).

Украинкский

2014-11-30

125 KB

5 чел.

3

Л е к ц і я  2. Основні поняття в екології. Екологічна система, біогеоценоз та його структура. Трофічні ланцюги живлення. Екологічні фактори. Лімітуючий фактор. Біотичні та абіотичні фактори.

Природне середовище – це все живе й неживе, що оточує організми і з чим вони взаємодіють. Розрізняють повітряне, водне та ґрунтове середовище, таким середовищем може бути і тіло іншого організму (для паразитуючих організмів).

Вид (біологічний) – сукупність організмів із спорідненими морфологічними ознаками, які можуть схрещуватись один з одним та мають спільний генофонд. Це основна структурна одиниця в системі живих організмів (в біології).

Популяція – сукупність особин одного виду з однаковим генофондом, яка живе на спільній території протягом довгого часу.

Стабільний стан в екології називають гомеостазом. Гомеостаз – це стан внутрішньої динамічної рівноваги природної системи, що підтримується регулярним відновленням її основних елементів і речовинно-енергетичного складу, а також постійним функціональним саморегулюванням компонентів.

Основною елементарною (функціональною) одиницею екології є екосистема.

Екосистемою називають будь-яку сукупність організмів і неорганічних компонентів, в якій може здійснюватись кругообіг речовин. Термін „екосистема” був запропонований у 1935 р. англійським екологом А. Тенслі.

Розрізняють мікроекосистеми (пеньок з грибами, болітце), мезоекосистеми (ділянка лісу, озеро), та макроекосистеми (континент, океан). Глобальною екосистемою є біосфера нашої планети.

Угруповання живих організмів утворює з неорганічним середовищем певну систему, в якій потік атомів, викликаний життєдіяльністю організмів, має тенденцію замикатися як кругообіг (закон біогенної міграції атомів – Вернадського). Для підтримання круговороту речовин в системі необхідна наявність запасу неорганічних молекул в освоюваній формі і трьох функціонально різних екологічних груп організмів: продуцентів, консументів і редуцентів:

Продуцентами виступають автотрофні організми, які здатні будувати своє тіло за рахунок неорганічних сполук (в основному, рослини).

Консументи – це гетеротрофні організми, які вживають органічну речовину продуцентів або інших консументів і трансформують її у нові форми (більшість тварин).

Редуценти живуть за рахунок мертвої органічної речовини, переводячи її знову в неорганічні сполуки (переважно, мікроорганізми та гриби).

Для екологічної системи характерні наступні ознаки:

1) екосистема обов'язково складається з живої та неживої складових;

2) у рамках екосистеми відбувається повний цикл, починаючи з утворення органічної речовини та закінчуючи його розкладанням на неорганічні складові;

3) екосистема зберігає стійкість протягом певного часу, що забезпечується певною структурою біотичного та абіотичного компонентів;

4) більш прості екосистеми входять у більш складно організовані. При цьому реалізується ієрархія їх організації. Важливим наслідком ієрархічної організації екосистем є те, що у ході організації окремих компонентів екосистеми у більш складні блоки, які, в свою чергу, об'єднуються в системи, у цих нових функціональних одиниць утворюються нові властивості, яких не було на попередніх рівнях. Така наявність у системного цілого особливих ознак, яких немає у підсистемних блоків, називають емерджентністю.

Коротко закон емерджентності можна сформулювати так: ціле більше, ніж сума його частин. Тому емерджентність екосистем означає не просто перехід кількості в якість, а являє собою особливий тип інтеграції. Емерджентні властивості певного екологічного рівня не можна передбачити, знаючи лише ознаки та властивості компонентів, які складають цей рівень – його потрібно вивчити безпосередньо. Наприклад, молекула має інші властивості, ніж атоми, що її складають. Тому, вивчаючи скупчення атомів, ми не зможемо передбачити властивості молекул, що можуть з них утворитися. Так само, скупчення окремих молекул (або навіть органів) не дасть властивостей цілого організму і т.д.

Принцип емерджентності має важливе значення для екологічного мислення: так, єдине дерево не може скласти лісу, декілька дерев – також. Ліс виникає тільки при певних умовах – достатній густині деревостою, певній флорі та фауні, сформованих співтовариствах певних організмів, які живуть на його території та багатьох інших умовах. Таким чином, емерджентні властивості виникають в результаті зміни природи компонентів, а не в результаті зміни кількості компонентів. Частини не злипаються, а інтегруються, забезпечуючи виникнення нових, відсутніх до цього властивостей.

Таким чином, структуру природи слід сприймати як єдине ціле, що складається з вкладених одна в одну екосистем, найбільшою з яких є глобальна екосистема – біосфера. У її межах відбувається постійний обмін речовиною та енергією між всіма живими та неживими компонентами в планетарних масштабах.

Паралельно розвиткові концепції екосистем успішно розвивається вчення про біогеоценози, автором якого був академік В.М. Сукачов (1942). "Екосистема" та "біогеоценоз" – близькі за своєю суттю поняття, однак якщо перше з них придатне для позначення систем, які забезпечують кругообіг будь-якого рангу, то "біогеоценоз" – поняття територіальне і вживається для позначення ділянок суші, зайнятих певними одиницями рослинного покриву – фітоценозами. Наука біогеоценологія виросла з геоботаніки і спрямована на вивчення функціонування екосистем у конкретних умовах ландшафту, залежно від властивостей ґрунту, рельєфу, а також характеру оточення біогеоценозу і, зокрема, його первинних компонентів – гірської породи, тварин, рослин, мікроорганізмів.

Біогеоценологія розглядає поверхню Землі як мережу біогеоценозів-сосудів, пов'язаних між собою через міграцію речовин, але хоч і не однаковою мірою, та все ж автономних і специфічних за своїми кругообігами. Конкретні умови ділянки, зайнятої біогеоценозом, надають їй своєрідності, вирізняючи з-поміж інших, схожих за типом.

Компоненти біогеоценозу – біотоп та біоценоз. Біотоп – однорідний за біотичними факторами середовища простір, зайнятий біоценозом, а біоценоз – спільнота організмів, що мешкають у межах одного біотопу. Поняття „біоценоз” є умовним, так як поза середовищем існування організми жити не можуть, але ним зручно користуватися в процесі вивчення екологічних зв'язків між організмами.

Трофічні ланцюги живлення

Ряди, в яких можна простежити шляхи витрачання початкової дози енергії, називають ланцюгами живлення система передачі та перерозподілу речовини та (частково) енергії, яка реалізується шляхом поїдання одних видів організмів іншими.

Місце кожної ланки в ланцюгу живлення називають трофічними рівнем:

I трофічний рівень – це завжди продуценти, створювачі органічної маси;

II трофічний рівеньрослиноїдні консументи (консументи I порядку);

Ш трофічний рівеньм'ясоїдні консументи, які живуть за рахунок рослиноїдних форм (консументи II порядку);

IV трофічний рівень – консументи, що живляться іншими м'ясоїдними (консументи Ш порядку).

Енергетичний баланс консументів: Р = П + Д + Н , де Рраціон консумента, тобто кількість їжі, спожитої ним за певний період часу; Ппродукція, тобто витрати на ріст; Двитрати на дихання, тобто на підтримання обміну речовин  за той же період, а Н – енергія незасвоєної їжі.

Основна частина спожитої з їжею енергії іде у тварин на підтримання їхньої життєдіяльності, і лише порівняно невелика – на побудову тіла, ріст і розмноження. З цього факту випливає дуже важливий висновок, а саме: більша частина енергії при переході з однієї ланки ланцюга живлення в іншу втрачається, тому що до наступного споживача може надійти лише та енергія, що міститься в масі з'їденого організму.

Отже, запас енергії, накопичений зеленими рослинами, в ланцюгах живлення швидко вичерпується. Тому ланцюги живлення не можуть включати в себе більше 4-5 ланок. Втрачена в ланцюгах живлення енергія може бути поповнена тільки надходженням нових її порцій. Ось чому в екосистемах не може бути кругообігу енергії, аналогічно до кругообігу речовин. Екосистема функціонує лише за рахунок спрямованого потоку енергії, постійного надходження її ззовні у вигляді сонячного випромінювання або готових запасів органічної речовини.

Трофічні ланцюги, які починаються з фотосинтезуючих організмів, називають ланцюгами виїдання (або пасовищними ланцюгами, або ланцюгами споживання), а ланцюги, що починаються з відмерлих решток рослин, трупів і екскрементів тварин – детритними ланцюгами розкладання. Таким чином, потік енергії, що входить в екосистему, розбивається далі мовби на два основних русла, надходячи до консументів через живі тканини рослин або через запаси мертвої органічної речовини, джерелом якої є фотосинтез.

Швидкість, з якою продуценти екосистеми фіксують сонячну енергію в хімічних зв'язках синтезованої органічної речовини, визначає продуктивність угруповань. Органічну масу, створювану рослинами за одиницю часу, називають первинною продукцією угруповання. Продукцію виражають кількісно сирою чи сухою масою рослин або в енергетичних одиницях – еквівалентному числі джоулів.

Валова первинна продукція – кількість речовини, створюваної рослинами за одиницю часу при даній швидкості фотосинтезу. Частина цієї продукції іде на підтримання життєдіяльності самих рослин (витрати на дихання). Частина створеної органічної маси, що лишилася, характеризує чисту первинну продукцію, яка являє собою величину приросту рослин. Чиста первинна продукція – це енергетичний резерв для консументів і редуцентів. Перетворюючись у ланцюгах живлення, вона йде на поповнення біомаси гетеротрофних організмів.

Приріст за одиницю часу маси консументів – це вторинна продукція угруповання. Вторинну продукцію обчислюють окремо для кожного трофічного рівня, оскільки приріст маси на кожному з них відбувається за рахунок енергії, яка надходить з попереднього.

Екосистеми дуже різноманітні щодо порівняння швидкості створення і витрачання як первинної продукції, так і чистої вторинної продукції на кожному трофічному рівні. Однак всім без винятку екосистемам властиві певні кількісні співвідношення первинної і вторинної продукцій, які дістали назву правила пірамід: на кожному попередньому трофічному рівні кількість біомаси, створюваної за одиницю часу, більша, ніж на наступному. Графічно це правило виражають у вигляді пірамід, які звужуються вгору і утворені поставленими один на одного прямокутниками однакової висоти, довжина яких аналогічна масштабам продукції на відповідних трофічних рівнях. Розрізняють 3 типи екологічних пірамід: біомас, чисел та продуктивності.

                                     

                                                   

Пр – продуценти;

РК – рослиноїдні консументи;

МК – м'ясоїдні консументи;

ФП – фітопланктон;

ЗП – зоопланктон.

Піраміда продукції відображає також закони витрачення енергії у ланцюгах живлення. Тому, якщо піраміди чисел та біомас можуть мати різний (звичайний та перевернутий) вигляд в угрупованнях з певною трофічною структурою, то піраміда продукції має лише універсальний характер.

Екологічні фактори

Екологічні фактори (ЕФ) всі складові (елементи) природного середовища, які впливають на існування й розвиток організмів і на які живі істоти реагують реакціями пристосування. Усю сукупність ЕФ поділяють на 3 групи: абіотичні (неорганічні умови: хімічні й фізичні, такі як склад повітря, води, ґрунтів, температура, світло, вологість, радіація, тиск тощо); біотичні (форми взаємодії між організмами, хазяїн-паразит) та антропогенні (вплив людської діяльності).

Лімітуючим фактором може виступати не лише недостатність, але і надлишок будь-якого ЕФ, наприклад, загибель врожаю від частих дощів, перенасичення ґрунтів добривами і т.д. (закон толерантності–Шелфорда).

Широку екологічну валентність виду по відношенню до абіотичних факторів середовища позначають, додаючи до назви цього фактора приставку „еври”. Наприклад, тварини, які здатні переносити широкі коливання:

  •  температури, називають  еври т е р м н и м и ;
  •  солоності –  еври г а л і н н и м и ;
  •  освітлення –  еври ф о т н и м и ;
  •  будь-яких абіотичних факторів –  еври б і о н т н и м и (таргани, колорадські жуки, вовки, миші, очерет, пирій).

Нездатність переносити значні коливання факторів або низька екологічна валентність позначається приставкою „стено”, наприклад тварини, які не здатні переносити широкі коливання:

  •  температури, називають  стено т е р м н и м и ;
  •  солоності –  стено г а л і н н и м и ;
  •  освітлення –  стено ф о т н и м и ;
  •  будь-яких абіотичних факторів –  стено б і о н т н и м и (орхідеї, форель, далекосхідний рябчик, глибоководні риби).

Оскільки у природі всі фактори діють сумісно, то оптимальна зона та межі витривалості організму по відношенню до певного фактору середовища можуть зміщатись в залежності від того, в якому сполученні діють одночасно інші фактори (закономірність взаємодії та компенсації екологічних факторів). Однак взаємна компенсація має певні межі і повністю замінити один із факторів іншим неможливо. Отже, усі умови середовища, необхідні для підтримки життєдіяльності, є рівнозначними для живого організму, будь-який фактор може обмежувати можливості існування організмів (закон рівнозначності усіх умов життя).

Екологічна ніша – це загальна сума всіх вимог організму до умов існування, включаючи простір, який він займає, функціональну роль в товаристві (наприклад, трофічний статус) та його толерантність відносно факторів середовища – температури, вологості, кислотності, складу ґрунту тощо.

Три критерії визначення екологічної ніші можна визначити як просторову, трофічну та багатовимірну.

Просторова ("адреса" проживання) – місцезнаходження організму у просторі.

Трофічна ніша ("професія" організму) – характеризує особливості живлення і, відповідно, роль організму у співтоваристві.

Багатовимірна ніша – це ділянка гіперпростору, вимірами якої є різні екологічні фактори.

Два види не можуть займати одну й ту ж саму екологічну нішу (принцип Гаузе).

біотичні екологічні фактори

Тип

взаємодії

Результати взаємодії для виду

Загальний характер взаємодії

А

В

1. Конкуренція

Взаємне пригнічення обох видів

2. Хижацтво

+

Взаємодія сприятлива для популяції хижака А та несприятлива для популяції жертви В

3. Паразитизм

+

Взаємодія сприятлива для популяції паразиту А та несприятлива для популяції хазяїна В

4. Аменсалізм

0

Популяція В пригнічує популяцію А, але сама не отримує при цьому користі

5. Симбіоз (мутуалізм)

+

+

Взаємодія сприятлива для обох популяцій

6. Коменсалізм

+

0

Популяція коменсала А отримує користь від об’єднання, а для популяції В це об’єднання байдуже

7. Нейтралізм

0

0

Жодна популяція не впливає на іншу

Екологічна ніша як функціональне місце виду у системі життя не може також довго залишатися порожньою – про це говорить правило обов’язкового заповнення екологічних ніш: порожня екологічна ніша завжди природно заповнюється.

висновки:

  1.  відношення між живими організмами є одним з регуляторів чисельності та просторового розподілу організмів в природі;
  2.  негативна взаємодія між організмами проявляється лише на початкових стадіях розвитку співтовариства або при порушенні природних умов; у щойно сформованих або нових асоціаціях ймовірність виникнення сильних негативних відносин є більшою, ніж у старих асоціаціях;
  3.  в процесі еволюції та розвитку екосистем простежується тенденція до зменшення ролі негативних взаємовідносин більше, ніж у старих асоціаціях.

ect # 02


Винятки

Біоценоз

Біотоп

Біогеоценоз

Повітря

Фіто-ценоз

оо-ценоз

Пелагіль океану

ФП

ЗП

Екосистема суші

Піраміди біомас деяких біоценозів:

Піраміди чисел:

Кораловий риф

Пр

РК

МК

Мікро-ценоз

Ґрунт

Хижак

МК

Пр

РК

Звичайний випадок

Жертва

Хижак

Жертва

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

62464. Социальная структура личности и ее элементы 26.09 KB
  Человек индивид личность Социальная структура личности и её элементы Типы личности Социализация личности и ее этапы Первый вопрос: Человек индивид личность Как только человек осознал что он значительно отличается от других живых существ он пытается ответить на ряд вопросов...
62468. Позначення мякості приголосних на письмі буквами ь, і, є, ю, я 17.75 KB
  Мета: поглибити й систематизувати знання пятикласників щодо позначення мякості приголосних на письмі буквами ь, і, є, ю, я; формувати загальнопізнавальні вміння правильно визначати приголосні звуки щодо твердості і мякості.
62470. Як громадяни беруть участь у житті демократичної держави? 45.24 KB
  Можливість обирати та бути обраними до представницьких органів державної влади та місцевого самоврядування; рівний доступ громадян до державної служби. Що таке самоврядування Громадяни України це народ держави.