Специфическое свойство жизни – обмен веществом со средой

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ И КОНТРОЛЬНЫМ РАБОТАМ

По дисциплине

«ЭКОЛОГИЯ»

 

г. Томск -2014

МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ РЕКОМЕНДОВАНО

 

заседанием кафедры гуманитарных и естественнонаучных дисциплин

^{наименование кафедры разработчика пособия}

Протокол № ____ от ____.____ 20____ г.

 

 

Заведующий кафедрой гуманитарных и естественнонаучных дисциплин

^{наименование кафедры}

____________ /__________________/ ____.____ 20___ г.

^{подпись расшифровка подписи дата}

Исполнитель: Гончаренко В.Н.

доцент кафедры гуманитарных и естественнонаучных дисциплин, к. ф.н.

 

^{должность}

____________ /______________ / ___._____ 20___ г.

^{подпись расшифровка подписи дата}

 

СОГЛАСОВАНО:

Зам.директора по учебно-методической работе ____

^{подпись расшифровка подписи дата}

Ученый совет филиала: ______________ __________________ /______________/ ___.___ 20__ г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

1. Цели и задачи дисциплины «Экология»…………………………………4

2. Основы общей экологии…………………………………………………..6

2.1Экология: основные понятия экологии………………………………..8

2.2Специфическое свойство жизни – обмен веществом со средой……..9

2.3Экосистема……………………………………………………………...15

3. Прикладная экология……………………………………………………..29

3.1 Рациональное природопользование и охрана природы…………….31

3.2 Экологическая безопасность и основы экологического права…….38

4. Примерный перечень тем контрольных работ………………………….41

5. Методические рекомендации по выполнению контрольных работ…...42

6. Перечень вопросов для подготовки к зачету……………………………44

7. Основная литература……………………………………………………...46

8. Дополнительная литература……………………………………………...46

9. Список нормативных правовых актов…………………………………...48

10. Интернет-ресурсы………………………………………………………..48

 

 

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ «ЭКОЛОГИЯ»

Основной целью дисциплины «Экология»является формирование общекультурных компетенций: знание законов развития природы, общества, мышления и умение применять эти знания в профессиональной деятельности; умение анализировать и оценивать социально-значимые явления, события, процессы; владение основными методами количественного анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-4). .

Основными задачами дисциплиныявляются:

1. Дать представление об истории развития и современном состоянии экологии как науки.

2. Сформировать целостный взгляд на проблемы окружающей среды и основные принципы природопользования; основные источники и загрязняющие вещества атмосферы, гидросферы и литосферы.

3. Рассмотреть проблемы сохранения среды обитания, ее влияние на здоровье человека.

4. Представить государственные, правовые и социальные аспекты охраны окружающей среды, основы экологического мониторинга.

5. Освоить методы правильной интерпретации основных понятий и законов экологии при выполнении в будущем профессиональных обязанностей.

Процесс изучения дисциплины «Экология» направлен на формирование следующих компетенций:

· Общекультурные компетенции (ОК): знание законов развития природы, общества, мышления и умение применять эти знания в профессиональной деятельности; умение анализировать и оценивать социально-значимые явления, события, процессы; владение основными методами количественного анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-4).

· В результате освоения дисциплины (модуля)обучающийся должен:

· иметь представлениеоб основных типах биологических систем и основных законах развития природы, об отношениях живых организмов, о взаимосвязи и взаимозависимости живого и неживого в природе.

· знать законы развития природы, общества; историю развития и современное состояние экологии как науки об отношениях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой; правовые и социальные аспекты охраны окружающей среды, основы экологического мониторинга; проблемы сохранения среды обитания, её влияние на здоровье человека;

· уметьприменять знания о законах развития природы в профессиональной деятельности; использовать принципы и стиль естественнонаучного мышления, необходимые для исследования затрагиваемых в учебном курсе проблем; самостоятельно мыслить, анализировать и правильно интерпретировать научно-технические открытия и проблемы при выполнении ими в будущем своих профессиональных обязанностей;

· владеть основными методами количественного анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования по вопросам экологии, рационального природопользования и охраны природы.

 

ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ

Вопросы:

1. Что такое экология; какие есть определения понятия экология?

2. Каковы роль и значение экологии в системе подготовки специалистов гуманитарного профиля?

3. В чем суть учение о биосфере?

4. Каковы свойства биосферы?

5. Что такое ноосфера?

6. Как происходит круговорот веществ в биосфере?

 

Глоссарий:

· Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и со средой их обитания.

· «Экология – это научное познание взаимодействий, определяющих распространение и численность организмов».

· Задачи общей экологии – изучение двусторонних связей в системах: организм – среда; популяция – среда; сообщество – среда; биосфера географическая оболочка; а также выяснение особенностей внутривидовых и межвидовых отношений.

· Наблюдение и описание – по сути методы неразделимые, заключаются в длительном отслеживании состояния объекта или явления и последующей записи, фиксирующей всевозможные его/их изменения.

· Сравнительный метод – основан на анализе сходства и различия изучаемых объектов и явлений.

· Исторический метод – заключается в анализе хода развития исследуемого объекта.

· Экспериментальный метод – помогает изучать объекты и явления природы в заданных условиях.

· Метод моделирования – делает возможным описание объектов и явлений природы относительно простыми моделями, воссоздаваемыми в лабораторных условиях. Модель – это абстрактное описание какого-то явления реального мира. Модели используются для прогнозирования динамики явления, для определения воздействия экологических факторов на объект, для оценки последействия антропогенного вмешательства в среду.

· Статистический метод – позволяет усреднять полученные данные, и тем самым получать более объективную информацию о количественных и меристических признаках изучаемых природных объектов и явлений.

· Мониторинг- комплексная система наблюдений, оценки и прогноза изменения состояния окружающей среды под влиянием антропогенных факторов.

· Биосфера – единая планетарная система, в которой поддерживается единая для жизнедеятельности организмов среда; так же и сами организмы существенно изменяют параметры других сфер земли в пределах биосферы.

· Атмосфера – воздушная оболочка земли. Газовая часть биосферы

представлена атмосферой. Основа атмосферы – азот (78%), кислород (20,95%),углекислый и другие газы. В атмосфере всегда есть водяной пар, который образуется путем испарения поверхности суши и мирового океана.

· Озоновый слой (h= 20 км.). Озон – это особая форма кислорода – О3. Для озона небезопасен молекулярный хлор, который содержится в фреонах бытовых и промышленных холодильных установок.

· Гидросфераохватывает все типы водоемов. В наиболее общем виде принято деление на Мировой океан, континентальные воды и подземные воды.

· ЛитосфераЗемли образована горными породами. Для жизни необходима почва, которая образуется как смесь минеральных веществ (они возникают при разрушении горных пород) и органических веществ (продукт жизнедеятельности).

· Экосистемы – основные структурные единицы, которые составляют биосферу. Основоположником учения об экосистемах является английский эколог − А. Тенсли.

 

1.1 Экология: основные понятия экологии

Преподавание дисциплины «Экология» основано на дисциплинах, которые изучались при получении среднего (полного) общего образования (и/или среднего профессионального образования) – «Естествознание», «Физика», «Химия», «Биология», «География», «Безопасность жизнедеятельности» «Концепции современного естествознания» и др. В свою очередь дисциплина «Экология» создаёт необходимые предпосылки для освоения программ таких дисциплин, как «Демография» и других дисциплин учебного плана.

 

Термин «экология» впервые ввел немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году. Само слово восходит к греческому «ойкос» - дом, жилище, - поэтому экологию можно трактовать как изучение «домашней жизни» живых существ. За рубежом входу определение науки, данное Кребсом (1972): «Экология – это научное познание взаимодействий, определяющих распространение и численность организмов». На сегодняшний день существует более 140 определений науки Экология. Вот лишь некоторые из них:

«Экология – одна из биологических наук, изучающих живые системы в их взаимодействии со средой обитания»;

«Экология – комплексная наука, синтезирующая данные естественных и общественных наук о природе и взаимодействии ее и общества»;

«Экология – совокупность научных и практических проблем

взаимоотношений человека и природы»;

«Экология– наука о структуре природы, характеризующаяся энергетическим подходом к исследования природных явлений» - Е. Одум (1963);

«Современная экология – это наука о путях приспособления видовых популяций к изменяющимся условиям внешней среды, наука о становлении, преобразовании и развитии видовых популяций, о законах их интеграции в биологические системы более высокого порядка, приспособленные к наиболее эффективному использованию энергии в конкретных условиях среды» − С.С. Шварц (1967).

Предметом экологии являются объекты организменного популяционно-видового, биоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой.

 

Специфическое свойство жизни – обмен веществом со средой.

В процессе жизнедеятельности организма происходит энергетический обмен. Энергия – это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи. Поток энергии на планете имеет три источника:

1) Кинетическая энергия вращения Земли и ее спутника Луны;

2) Энергия земных недр, которая поддерживается распадом урана и тория;

3) Солнечная энергия, на базе которой происходит жизнедеятельность в автотрофных организмах.

Биосфера – это единая природная организация, которая поглощает энергию из космического пространства и направляет ее на внутреннюю работу. Основные преобразователи энергии в биосфере – это живые организмы. Завершает свое существование поток энергии либо окончательно рассеиваясь в виде тепла, либо аккумулируясь в твердом веществе (нефть, каменный уголь, торф).

Любой организм должен получать из внешней среды определенные вещества как источник энергии и материала для построения собственного тела. Продукты метаболизма, уже непригодные для дальнейшего использования, выводятся наружу. Таким образом, каждый организм (популяция, вид) в процессе своей жизнедеятельности ухудшают условия своего обитания. Возможность восстановления этих условий связана с разнообразием биосферы и взаимодействием живых организмов и среды. Именно физиологическое разнообразие живых организмов представляет собой фундаментальное условие устойчивости жизни как планетарного явления.

За счет постоянной миграции химических элементов все геосферы Земли связаны единым циклом кругооборота этих элементов. Данный кругооборот, который совершается за счет тектонических процессов и солнечной энергии называют большим геологическим круговоротом. Длительность его существования 4 млрд. лет. Возникновение жизни на Земле стало причиной новой миграции химических элементов – биогенной.

В малом биологическом круговороте перемещается в основном углерод (1011), кислород (2×1011), азот (2×1011)и фосфор(108).

В результате взаимодействия разных видов живых организмов между собой и окружающей средой возникает структура биомассы характерная для каждого конкретного типа экосистемы; образовывается своеобразный тип потока энергии и характерный способ ее передачи от одной группы организмов к другой; определяется последовательность перехода органических веществ от одной группы организмов к другой.

Живые организмы инициируют круговорот веществ и приводят к образованию биогеохимических циклов, исследование которых начал В.И. Вернадский в 20-е годы.

Биогеохимический цикл – это поэтапное превращение веществ и смена потоков энергии с пространственным массоперенесением, которое происходит за счет биотической и абиотической трансформации веществ.

Биогеохимические циклы образуют цикличные перемещения биогенных элементов: углерода, кислорода, водорода, азота, серы, фосфора, кальция, кадмия и др. от одного компонента биосферы к другим так, что на конкретных этапах этого круговорота они входят в состав живого вещества. Двигательная сила всех веществ в биогеохимических циклах – поток солнечной энергии и энергии географических процессов Земли.

Пространственное перемещение вещества в пределах геосфер подразделяется на 5 видов:

1) Механическое перенесение (происходит без изменения химического состава веществ);

2) Водное перенесение (совершается за счет растворения веществ и их последующего перемещения в форме ионов и коллоидов);

3) Воздушное перенесение (перенесение веществ в форме газов, пыли с воздушными потоками);

4) Биогенное перенесение (происходит посредством участия живых организмов);

5) Техногенное перенесение (как результат хозяйственной деятельности человека).

Интенсивность круговорота веществ в биогеохимическом цикле – важнейшая характеристика. Индекс интенсивности биогеохимического цикла это соотношение массы подстилки и другого органического осадка, который образовывается за год. Чем больше этот индекс, тем ниже интенсивность биологического кругооборота.

За счет реализации функций живых организмов (по Вернадскому) живое вещество избирательно поглощает из окружающей среды химические элементы. Химические элементы, которые есть в живом веществе, называют биогенными.

Сохранение цикличности – это условие существования биосферы. Однонаправленные процессы в биосфере благодаря развитию техносферы и агросферы, губительны для биосферы.

В ходе развития человечества, роста его численности на Земле, развития культурных и социальных феноменов в границах биосферы появилась новая подсистема «человек – окружающая среда». Человек (и его производственный фактор) – составная часть биосферы. В связи с развитием технического оснащения человека преобладает однонаправленное влияние человека на природные компоненты. Такое влияние называется антропогенным, а изменение природных комплексов пол воздействием человека называют антропогенезом.

На Земле появилась новая структура - антропосфера (социосфера – зона жизни человеческого сообщества, распространяется на все геосферы Земли, а также на ближайший Космос).

Кроме таких сфер, связанных с жизнью человека, как агросфера, техносфера, социосфера, выделяется также ноосфера. Учение о ноосфере развивали Э. Леруа, П. Тейяр де Шарден и В.И. Вернадский.

Термин принадлежит В.И. Вернадскому, который понимал под ноосферой: «новое геологическое явление на нашей планете»; «в ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни».

«Человечество, взятое в целом, - писал В.И. Вернадский, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом встает вопрос о перестройке биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера». ( У Вернадского в 1944 году вышла статья «Несколько слов о ноосфере»).

2. Устойчивое существование жизни возможно лишь при многообразии и

разнокачественности ее форм, специфика обмена которых обеспечивает последовательное использование выделяемых в среду продуктов метаболизма, формирующих генеральный биогенный круговорот веществ.

В простейшем виде такой набор качественных форм жизни представлен продуцентами, консументами и редуцентами, совместная деятельность которых обеспечивает извлечение определенных веществ из внешней среды, их трансформацию на разных уровнях трофических цепей и минерализацию органических веществ до составляющих, доступных для очередного включения в круговорот.

Продуценты – это живые организмы, способные синтезировать неорганическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии (получение энергии извне – общее условие существования всех организмов; по энергии все биологические системы открытые).

Консументы – это живые существа не способные строить свое тело на базе использования неорганических веществ, требующие поступление органических веществ извне, в составе пищи, относятся к группе гетеротрофных организмов. В этой биологической нише человек занимает место гетеротрофного консумента-полифага с аэробным типом обмена.

Редуценты – организмы – гетеротрофы, которые используют в качестве пищи мертвое органическое вещество, в процессе метаболизма разлагая его до неорганического состояния.

Экосистема – основная структурная единица, которая составляет биосферу.

Экосистема −это совокупность организмов, которые проживают вместе, и условия их существования, закономерно связанные друг с другом. Экосистема – понятие, понимаемое очень широко. Одним из наиболее важных признаков экосистем – это их формирование живых организмов с различными типами питания.

С понятием экосистема связанно понятие биоценоз. Подбиоценозомпонимают многовидовое сообщество живых организмов функционально связанных друг с другом, а также связанных между собой местом обитания. В основе межвидовых отношений – тип питания, потому в биоценоз всегда входят три основные группы: продуценты, консументы, редуценты.

Обмен веществ строго видоспецифичен, поэтому разнообразие видов в составе каждого трофического уровня, и в целом в составе экосистемы, имеет большое значение.

Форма существования жизни – вид. С точки зрения геохимической роли вида его наиболее существенным свойством является специфичность обмена веществ с внешней средой. Устойчивое участие видов в биогенном круговороте веществ в составе биогеоценозов осуществляется на уровне популяций.

Популяция – это естественные группировки особей одного вида, заселяющих общие места обитания и связанных общностью генофонда и закономерными функциональными взаимодействиями. В современной экологии популяцию рассматривают как биологическую систему надорганизменного уровня, характеризующуюся специфическими функциями и структурой.

Отдельный организм (особь) входит в состав популяции как структурно-функциональная подсистема, занимающая определенное место в популяционных взаимосвязях и выполняющая соответственно этому положению функции в общепопуляционных процессах. Только организм представляет собой конкретную единицу обмена веществ, в этой функции он выступает как самостоятельная биологическая система, находящаяся в тесной взаимосвязи с внешними условиями и более крупными биологическими системами.

 

Экосистема

Экосистема – совокупность организмов, которые проживают вместе, и условия их существования, закономерно связаны друг с другом; экосистема – это объединение абиотического окружения и живых организмов, проживающих в нем. Экосистема – понятие широкое, оно может предполагать единичное дерево, ствол которого упал в лесу и гниет, лесопосадку, отдельное болото, тайгу.

Одним из наиболее важных признаков экосистем является формирование их из живых организмов с различными типами питания. В экосистему входят продуценты, консументы, редуценты.

Для природных экосистем характерен определенный поток энергии и круговорот веществ. В отличие от биосферы в целом в отдельных экосистемах уровень

Закрытости и автономности отдельных биогеохимичесих циклов ниже. Важное качество экосистем – это их открытый характер – они обмениваются с окружающей средой и энергией, и веществами, для них характерна саморегуляция и способность противостоять внешним влияниям, возобнавление.

Набор признаков, которые используются при характеристике экосистем:

1) Видовой состав организмов, типичный для данной экосистемы;

2) Соотношение в экосистеме организмов с разными типами питания;

3) Размер первичной и вторичной биопродукции, создаваемой в экосистеме;

4) Интенсивность потока энергии через экосистему и скорость круговорота веществ.

Большинство экосистем достаточно четко ограничены территориально, в связи с чем в экологию введено понятие биогеоценоза.

Биогеоценоз (по Сукачеву) – это «совокупность однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира, микроорганизмов, грунта, гидрологических условий), которые имеют свою особенную специфику взаимодействия этих составных ее компонентов и определенный тип обмена веществ и энергией между собой и другими явлениями природы…представляют собой внутреннее и противоречивое… единство, которое находится в постоянном движении и развитии.

Во-первых, биогеоценоз – это часть земной поверхности; во-вторых, эта система территориально не определена, биогеоценоз – один из видов экосистем, который имеет территориальную привязанность.

Биогеосфера – специфическое планетарное образование в границах биосферы, в котором сосредоточена жизнь людей, растений, животных и микроорганизмов.

В экологической географии в границах биогеоценотического покрова Земли выделяются ландшафты. Ландшафт – это гетерогенная часть земной поверхности, образованная совокупностью взаимодействующих систем.

В состав биогеоценотического покрова Земли входят все населенные пункты и агломерации.

В границах биосферы выделяют два главных типа элементарных природных единиц – экосистемы и биогеоценозы.

Абиотические факторы, определяющие возможность существования всех групп организмов в той или иной среде, влияют на географическое расширение растений, животный, микроорганизмов. Они очень важны для размножения живых существ и общего уровня жизнедеятельности организмов.

По своим значениям абиотические факторы разделяются в экосистемах на две группы:

1. Ресурсы, которые используются живыми организмами и распределяются между ними (вода, употребляемые вещества и т.п.).

2. Условия существования (неразделимые абиотические факторы), которые не исчерпываются в процессе жизнедеятельности и одинаково влияют на все организмы в данной экосистеме.

Живое вещество реализует свои функции только в единстве с факторами

среды существования. Это принцип голоцена (сформулировал его К. Фридрих). Живые организмы приспосабливаются к жизни лишь в определенных границах конкретной амплитуды ресурсов и условий существования).

При анализе абиотических факторов выделяются три группы:

1) Климатические факторы –температура, режим освещения, воздух и т.д.

2) Эбафические факторы, включающие ресурсы и условия связанные с грунтом, его физико-химическим составом, особенностями грунтового раствора.

3) Факторы, действующие в воде и имеющие значение для водных экосистем.

Актуальна еще одна классификация экосистем с точки зрения действия типов факторов на живы организмы экосистем:

а) факторы, которые стабильно действуют в данной экосистеме и длительное время не меняют свое значение;

б) факторы осциллаторно-импульсивные с многоразовыми колебаниями значения на протяжении одного вегетационного сезона;

в) многолетние циклические факторы с периодическим действием; цикл продолжительности действия может быть десятки и сотни лет.

Территория – это доступное жизненное пространство. Занять определенное пространство, значит не только свободно пользоваться ресурсами и условиями экотопа, но и контролировать доступность этой территории для конкурентов.

Температура. Главный источник тепла для экосистемы – солнечная радиация: живые организмы существуют только в пределах определенной температуры. Тепловой режим на земле − ведущий фактор распространения на Земле растений и животных. Четыре климатических пояса по температурному режиму:

- тропический пояс; наиболее холодный месяц +15-20 градусов; температура ниже 0 не наблюдается; вегетация растений – круглый год;

- субтропический пояс; на севере и на юге от тропического; температура наиболее холодного месяца не ниже +4; температура ниже 0 наблюдается редко;

- умеренный пояс; следует на север и на юг от субтропического; явно выражена сезонная пора года; вегетация не меньше 2-3х месяцев; зимой есть снег;

-холодный пояс; прилегает к Северному и Южному полюсам; вегетация продолжается 1,5 – 2 месяца.

Для характеристики теплового режима используют три показателя:

1) годовой ход температуры;

2) сумма температур в тот или иной промежуток времени;

3) максимальная и минимальная температуры, которые наблюдаются.

Солнечная радиация. Для растений свет – источник энергии для фотосинтеза, вызывает изменения роста и переход от одной фазы развития в другую. Для животных свет обеспечивает ориентацию в пространстве. У человека и животных под воздействием света происходит биосинтез витамина D.

Очень важное качество света: преобладающая длина волн; сила света и ритмика освещения, которая заключена в продолжительности светового и темного периода суток.

Вода. Во всех организмах клетки имеют высокую водонасыщенность (80-90%) , что является необходимым условием жизнедеятельности. Источник воды для обитателей суши – осадки и грунтовые воды. Особенно важно количество осадков при определении типа экосистем. При осадках менее 250 мл. на год – жаркий климат – развиваются пустынные экосистемы. При осадках 250 – 750 мл. – степи, лесостепь, саванна. При 750 -1250 мл. формируются субтропические леса. При осадках более 1250 мл.- влажные тропические леса.

Растения в связи с водным режимом разделяются на три группы: гидрофиты (растут в водоемах); мезофиты (растут в местах средней влажности); ксерофиты (растут в степях и пустынях, где уровень влажности очень низкий).

Газовый состав воздуха. Для живых организмов главное значение имеет количество углерода и кислорода в воздухе. Углекислый газ - своеобразный термостат планеты: он легко пропускает солнечную радиацию, но задерживает тепло, при повышении содержания углекислого газа повышается температура, при понижении его содержания температура понижается.

Кислород – окислитель для всех аэробных организмов: от бактерий – до человека.

Природный режим был и остается динамичным, хотя процессы протекают достаточно медленно. Поэтому нельзя подгонять сохранение природы, которая нас окружает к критерию статики режима абиотических факторов, хотя слишком высокие темпы изменений тоже должны настораживать, потому что за этими изменениями не могут успеть в своей адаптации живые организмы.

Основоположником учения о грунте является В. Докучаев, который определил грунт как природно-историческое тело, образованное под влиянием климата и живых организмов из геологических пород. В экологии грунтовой покров рассматривается как особая подсистема биосферы – педосфера, для образования грунта необходимы пять основных факторов:

1) наличие материальной горной породы;

2) наличие живых организмов;

3) рельеф местности, который влияет на характер трансформации горной породы живыми организмами и тип грунта, который формируется;

4) климат;

5) время, поскольку грунтообразование длительный процесс.

Экосистемные функции грунта различны: грунт обеспечивает растения питательными веществами и водой: влияет на растения и животных путем трансформации других климатических факторов; может усиливать действие других абиотических факторов, видоизменять это действие или вообще прекращать. Нейтрализующая роль грунта очень важна и заключается в его способности уничтожать биологически вредные, токсичные вещества, также грунт играет консервирующую роль (в грунте десятилетиями и столетиями сохраняются семена).

Основные горизонты грунта:

А – гумусный горизонт, в котором содержится основная масса органического вещества; в пределах гумусного горизонта выделяют подстилку А0 и собственно перегнойные горизонты А1-3.

В − горизонт, в котором содержатся минеральные вещества, перемешанные с преобразованной горной породой;

С – слабоизмененная подстилающая горная порода.

Состав грунтового воздуха отличен от состава атмосферного: содержание углекислого газа увеличено до 26%. Это результат «дыхания» грунта, т.е. газообмена всех живых организмов, которые есть в грунте.

Грунт – это динамическое образование, скорость процесса грунтообразования зависит от типа материнской породы, климата и активных живых организмов, населяющих грунт (на остатках вулканических пород в условиях тропического климата грунт формируется в течение нескольких десятилетий, в условиях высокогорных пород – столетий и тысячелетий).

Каждая экосистема характеризуется наличием круговорота веществ и характерным потоком энергии. Совокупность всех живых организмов экосистемы – биоценоз. Среди структур биоценоза выделяют три вида:

1) видовую (раскрывает видовое разнообразие живых организмов);

2) трофическую (демонстрирует характер питательных взаимоотношений между организмами биоценоза);

3) пространственную (показывает территориальное размещение растений, животных, микроорганизмов).

Два основных механизма , обусловливающих целостность биоценоза:

а) отбор видов в биоценоз любой экосистемы возможен только на основании их общих экологических условий в окружающей среде;

б) наличие коадаптации организмов к совместной жизни.

Оба механизма работают вместе, поэтому набор живых организмов в биоценозе неслучайный.

Основные ценозообразующие связи:

1) топические связи, возникают за счет того, что одни организмы преобразуют среду в сторону, необходимую для других;

2) трофические связи, когда представители одного вида используют другой вид, продукты жизнедеятельности или останки;

3) фабричные связи особи одного вида используют особей другого вида для строительства гнезд и убежищ;

4) форические связи – это перенесение особей одного вида особями другого вида.

Продолжительность жизни биоценоза соответствует продолжительности существования экосистемы, частью которой он является.

Между живыми организмами существуют разнообразные связи, важной является трофическая. В начале трофической цепи автотрофные организмы – живые растения, совершающие фотосинтез (продуценты); за ними идут консументы и замыкают цепочку редуценты, которые минерализуют органическое вещество.

В каждую трофическую цепь входит 4-5 видов организмов с разным или одинаковым типом питания. Возможность перехода отдельных групп организмов на другую цепь питания делает экосистему более устойчивой, поэтому уничтожение одного из компонентов трофической цепи не приводит к уничтожению всей экосистемы.

Экосистемам характерна эволюция. В экосистемной эволюции существуют две согласованных формы развития:

1) эволюция живых организмов;

2) самоорганизация неживой материи.

Закономерности эволюции живых организмов связаны с именем Ч. Дарвина и теории дарвинизма. Факторы самоорганизации в неорганическом мире рассматриваются синергетикой .

Процесс экосистемной эволюции базируется на трех основных факторах:

а) изменение среды;

б) наследственное изменение живых организмов и естественный отбор;

в) наличие в экосистеме свободной энергии.

Экосистемная эволюция идет от простого к сложному: более сложные экосистемы вытесняют более простые.

Теоретические обоснования экосистемной эволюции разработаны довольно полно, а конкретного материала по тем или иным экосистемам очень мало. Известна общая схема эволюции экосистем Земли на протяжении 3млрд лет.

а) Сукцессия – это последовательное изменение биогеоценозов (экосистем) на одной и той же территории под влиянием природных факторов или деятельности человека.

Начальная стадия данного развития – это участки не занятые какими-либо живыми организмами (поля лавы, оголения грунта после оползней). Группы организмов, которые первыми заселяются на данные участки, называются пионерами. В случае достижения равновесия, когда данная территория уже не может заселяться другими группированиями, такие группирования называются климаксными. Полный набор группирований живых организмов − от пионеров до климаксных – составляют суксцессионный ряд.

б) Понимание основных закономерностей функционирования экосистем создало условия для конструирования упрощенных, но устойчивых, герметично закрытых экосистем. Живые организмы, находящиеся в них, от внешней среды получают только солнечную энергию.

 

 

Типы экосистем

Экосистемы в современной биосфере разделены на две категории: независимые от человека и созданные человеком. Типы экосистем – биомы это большие региональные единицы расчленения биосферы, которые имеют специфическую фауну и флору, которые приспособились к определенным грунтово-климатическим условиям и совместному проживанию.

Экосистемы тундр размещены в Северном полушарии, в районах, граничащих с Северо-Ледовитым океаном (4,7% суши). Климат суровый. Среднесуточная температура выше нуля наблюдается на протяжении 55-118 суток в году. Вегетационный период начинается в июне, а заканчивается в сентябре. Количество осадков незначительно (200-400мм в год). Влажность грунта высокая вследствие низкого испарения и вечной мерзлоты.

Аналогичный тундре климат высокогорья, где формируются горные тундровые экосистемы.

Растительность тундры: низкорослые кустарники, карликовая береза, верба, черника, осока, лишайники, мхи.

Животный мир беден, его формирует ограниченный запас растительной пищи и суровый климат. Постоянные жители тундры: лемминги, некоторые виды хомяков, песцы, белый медведь, полярная сова. Большинство жителей тундры на зиму мигрируют в лесную зону, а птицы улетают на юг. Среди этих мигрантов северные олени. В деструкции органического вещества в тундре первое место занимают не бактерии, а грибы. Тундровые э