 |
|
|||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||
Меню |
|||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Очень большая проблема нависла над человечеством - стремительный рост потребления воды на индустрию производства и сельское хозяйство, борьба с истощением и загрязнением водных ресурсов планеты. Пример, затопление и смыв источников водоснабжения (8 в Ставропольском крае и 7 в Краснодарском крае) в поймах рек Кубани, Лабы и Подкумка. Водоснабжение восстановлено только по временной схеме и, стоимость 1 бутылки воды доходила до 100 рублей. Следующая проблема - это потеря плодоносных слоев, почвы. Минералогический состав твердой почвы во многом определяет ее плодородие. Органических частиц в почве содержится не много, только торфяники состоят почти полностью из них. В состав минерального остатка почвы входят: Si, Al, Fe, K, N, Mg, Ca, P, S и др. и незначительно содержится микроэлементов: Cu, Mo, B, F, Pb, I и др. Совокупность различных групп микроорганизмов, для которых средой обитания является почва, называют почвенными. Они играют важную роль в почвообразовании, формировании плодородия почв и в кругообороте веществ в природе. Почвенные микроорганизмы развиваются также в разлагающихся растительных остатках. Наряду с почвенными микроорганизмами в почву попадают и болезнетворные микроорганизмы (например, с трупами и продукты жизнедеятельности человека и животных, с фекальными сбросами, канализационными стоками и сбросами различных производств, но наиболее опасными в этом плане являются сбросы пищевых предприятий (мясных, молочных, маслоэкстрационных и др.). Но болезнетворные как правило очень быстро погибают в почве. Бывают случаи существования некоторых видов микроорганизмов сотни и тысячи лет (например, сибирская язва бациллы, столбняк, бутулизма, чумы, геморагической лихорадки, холеры и др.). Обработка почвы, внесение удобрений, изменение водных режимов почвы также существенным образом влияют на число почвенных микроорганизмов. Почва «производит» микроэлементы, которые затем с соком растений доходят до их клеток. Следовательно, растения попадающие в пищу, отражают особенности микроэлементного состава данной почвы. Пример, отравления от избытка. Почва представляет собой верхний слой литосферы, который образуется и развивается в результате совместного воздействия воздуха, воды, живых организмов и климатических факторов. В почве проходят процессы синтеза и биосинтеза, в результате почва становится плодородной или наоборот. На 1 га в (кг) содержится от 1000 до 7000 бактерий; микрогрибов от 100-1000; от 10,0-300,0 водорослей, членостоногих до 1000; дождевых червей от 350-1000; она соответственно оказывает решающее влияние на биосферу наряду с Мировым океаном. За последние 100 лет на планете разрушено эрозией 20 млн. км2, т.е. 28% от всех обработанных земель. Это по разным причинам, в первую очередь из-за интенсификации сельскохозяйственных работ. Пример, экологического почвенного кризиса это деградация экосистемы Аральского моря. Объем моря сократился на 60 %, площадь уменьшилась с 67 т км2 до 40 т км2, в 3 раза выросла соленость воды и засоленность окружающей территории. Окружающая среда - это вещество и пространство природы с ее явлениями и средой обитания непосредственно человека, состав ее определяется факторами неживой природы (климат, рельеф и др.) и живой природы, а также социально-экономическими функциями. Окружающая среда является частью географической среды. Загрязнение природной среды происходит как от естественных причин, так и в результате хозяйственной деятельности человека (т.е. природные и антропогенные). Среди 7000 химических загрязняющих природную среду в результате промышленного производства имеются токсичные, мутагенные и канцерогенные вещества. Среди них наиболее опасные диоксид азота в водной среде, бензол в воздухе, пестициды в воде, нитраты в воде, диоксины в пищевых продуктах и в почве, полихлорированные дифенилы в пищевых продуктах и соляная кислота в почве. Количество вредных веществ и соединений, получаемых человеком и являются побочными продуктами производств катострафически растет. В этот список (7000) попадают все новые и новые вещества. Характерно и то, что отвалы (шлаки, порода, зола и др.) при добыче полезных ископаемых занимают на Земле территории в несколько млрд. га. Они отравляют воздух, воду, почву, продукты питания, растительный и животный мир. Пример - заброшенные шахтные разработки города Шахты, тонкая пленка нефтяных выбросов на водных поверхностях, испытания ядерных и других видов оружия. 1.3 Экологические проблемы существования человека в современных условиях Вредные вещества из окружающей среды попадают в организм во время дыхания, при питании, через кожу. В организме эти вещества либо переносятся системой кровообращения к печени и нейтрализуются, либо выводятся из организма через соответствующие органы, либо на длительный период внедряются в организм, т.е. откладываются в жировые ткани, что также очень опасно. По цепям питания происходит и отравление человека ядохимикатами. Экосистема представляет собой основную форму реализации взаимоотношений живого и неживого в природе. Эти отношения строятся на основе обмена веществом и энергией. Установление границы между живым и неживым, между биотическим и абиотическим важнейшая задача науки. В качестве подтверждения рассматривается экосистема как открытая термодинамическая система. В такой системе второй закон термодинамики проявляется в форме: >0, где S - энтропия внутреннего (i) и (е) внешнего процессов; равенство имеет место при обратимости процессов, неравенство при необратимости - особенность проявления второго закона термодинамики в живых системах - самопроизвольное стремление к минимуму удельного теплопроизводства. Однако, живые системы вряд ли можно отнести к линейным. Т.о. живой организм можно отвлеченно рассматривать как биохимическую фабрику. Нужно также помнить об атрофическом (не пищевом) аспекте взаимоотношений живого и неживого. Неживое можно рассматривать как среду, определяющую условия жизни, в частности, убежище и температурные условия. Происхождение живого. Очевидно живое могло возникнуть только из неживого. Имеется несколько гипотез о механизме зарождения живого на Земле несколько: Опарина - Холдейна , Кардашева, создание живого всевышним. По гипотезе А.И.Опарина первичная атмосфера на Земле в основном состояла из водородных соединений (паров Н2О, аммиака, H2S, CH4, CO2) разряды в атмосфере привели к созданию (синтезу) аминокислот, что подтверждает эксперимент. Затем следовала их полимеризация и переход в белки и нуклеиновые кислоты (первичный питательный бульон ), из него выделялись целостные многомолекулярные системы, способные взаимодействовать между собой и адсорбировать из окружающей среды необходимые вещества. Из капель белковых соединений образовались первые живые существа. Гипотеза Н.С. Кадашева отличается тем, что наиболее подходящие условия для зарождения жизни на Земле складывались в кратерах вулканов. Возникшая жизнь развивалась путем эволюции (лат. evolution - развертывание). Основное содержание эволюции - видообразование - генные мутации на видовом уровне и естественный отбор. Видообразование происходит тогда, когда поток геном прерывается каким-либо изолирующим веществом. Эволюция не обязательно бывает длительной. Например, с началом промышленного производства и урбанизации изменилась окраска бабочек, воробьев в городах из-за большего количества копоти в городских условиях. Лекция 2 (4 часа) Основы аутэкологии. 1.Экологические факторы и их классификация. 2.Климатические факторы. 3. Абиотические факторы в водной среде. 4. Абиотические факторы в почве. 5.Факторы питания. 6.Кислород. 7.Гомотопические реакции. Гетеротипические реакции. Законы минимума и толерантности. Экологическая ниша. 2.1Экологические факторы и их классификация. Характеристика среды или популяции называется экологическим фактором. Факторы делятся на абиотические и биотические (зависящие и независящие от плотности). Абиотические факторы - свет, теплота, температура, вода, ветер, соленость, огонь, pH. Важнейшие абиотические факторы среды определяют химическую природу и скорость оборота основных питательных веществ. Но еще это свет, температура, осадки; в Мировом океане - свет, температура, соленость. Биогенные химические вещества обуславливают структуру живой ткани. В основе жизни на Земле лежит углерод и его соединения с H2 и СО2 точнее с радикалом -ОН также важнейшими химическими элементами на планете N2, P, S, Si, для образования клеток такие элементы как Na, K, Ca. Биотическими именуют факторы питание, движение, размножение для живых организмов и популяции. Существуют и другие классификационные подходы: Лекция 3(4 часа) Основы демэкологии. 3.1 Пространственная структура популяции 3.2 Агрегирование популяций. 3.3 Плотность популяций. 3.4 Динамика популяций. 3.5 Характер расселения особей. 3.1Пространственная структура популяций Под пространственной структурой популяции понимают характер дисперсии или распределения организмов в пространстве. Равномерное распределение имеет место там, где сильны конкуренция или антогонизм; случайное- встречается редко (среда однородна и конкуренция и стремление к группировке отсутствует); Групповое нерегулярное неслучайное распределение наиболее часто встречается в природе, однако распределение групп может оказаться близким к случайному. 3.2 Агрегирование популяций. Агрегация обусловлена факторами: местными различиями условиям среды; суточными и сезонными изменениями погоды; процессом размножения; социальным притяжением (у высших животных) Агрегирование может усиливать конкуренцию, но она при этом способствует выживанию группы. У особей в группе снижается смертность в группе в неблагоприятные периоды и при нападении других организмов т.к. в группе отношение поверхности контакта со средой к массе меньше. Группа способна изменять микроклимат и микросреду в своих интересах. Рыбы в группах выдерживают смертельную для особи дозу яда, пчелы в улье выживают при температуре ,губительной для особи. Противоположность агрегированию - тенденция к изоляции (основные факторы, формирующие эту тенденцию, - конкуренция и прямой антагонизм). Некоторые животные, например, птицы используют преимущества агрегации при перелетах к местам зимовки и преимущества изоляции в период размножения. 3.3 Плотность популяции Плотность популяции - это ее размер по отношению к занимаемому пространству. Она выражается числом особей или биомассой на единицу площади или объема, например 300 деревьев на 1 га; 3 млрд. единиц планктона на 1 м3 воды океана и или 200 кг рыбы на 1 га поверхности пруда и т. д. Различают среднюю и экологическую плотность. Экологическая плотность определяется по отношению к заселенному пространству. На рисунке 3.6 приведен диапазон плотности популяций. Рисунок 3.6 - Диапазон плотности популяций. Виды расположены в со по их трофическим уровням и в пределах уровней - в соответствии с размерами особей. Плотность популяции ограничивается ресурсами двух типов: невозобновляющимися (пространство, места гнездования) и возобновление (пища, вода, свет) Невозобновляющиеся ресурсы могут быть полностью использованы, что определяет верхнюю границу численности. Снабжения возобновляющимися ресурсами идет непрерывно и они не истощаются полностью, но поддерживаются на равном уровне благодаря балансу между их эксплуатацией и продукцией, производимой в экосистеме. 3. 4 Динамика популяции Популяции изменчивы и их сохранение в экосистеме понимается как постоянство средних показателей. Изменчивость размера популяций характеризуется средней скоростью ДN/Дt и специфической скоростью ДN/NДt. Динамика популяции складывается из соотношения рождаемости и смертности. Рождаемость характеризуется способность популяции к увеличению, основными показателями служат: – максимальная (физиологическая, абсолютная) рождаемость, возможна теоретически в идеальных условиях; – экологическая рождаемость - характерная для фактических условий среды. Минимальная смертность представляет собой теоретическую постоянную, характерную для идеальных условий. Экологическая смертность определяется для данных условий среды. Аналогично вводят показатели продолжительности жизни. Maксимальная проолжительность жизни в оптимальных условиях равна физиологической продолжительности, которая превосходит или равна экологической продолжительности. На практике больший интерес представляет не смертность, а выживание (N - M) в интервале времени с длительностью Дt. Таблица структуры популяции по продолжительности жизни особей называется демографической. 3.5 Характер расселения особей. Расселением называют перемещение взрослых особей или их зачатков(семян, спор, личинок и т. п.).Его основные разновидности: – эмиграция (выселение с территории); – иммиграция (вселение на занятую территорию); – миграция (периодический уход и возвращения на территорию) Расселение служит средством захвата новых или освободившихся территорий способствует потоку генов и видообразованию. Слабые миграции мало влияют на популяцию, расселение существенно воздействует на неё, начиная с определенного количественного уровня. Важным фактором расселения служит характер естественных преград, а также врожденная подвижность особей. Лекция 4 (4 часа) Основы синэкологии.
4.1 Биотическое сообщество. 4.2 Характеристики функций и структуры биоценоза. 4.3 Классификация элементов биоценоза. 4.4 Развитие биоценоза. 4.1 Биотическое сообщество По Ю. Одуму биотическое сообщество - это совокупность популяций, населяющих определенную территорию или биотоп, с определенной структурой пищевых связей и метаболизма, которые взаимозависимы и сохраняются благодаря постоянному размножению. Биоценоз - это функциональная единица, обладающая свойствами не присущими слагающим ее компонентам - т.е. биоценоз представляет собой систему. Сообщества обладают не только функциональным единством и характерной структурных трофических связей, но и композиционным единством, что обеспечивает сосуществование определенных видов. Виды могут замещать друг друга, поэтому функционально схожие сообщества могут иметь различный видовой состав. Сообщества постоянно меняют свой внешний облик (лес весеннее - летнее - зимний периоды). Влияние той или иной популяции в биоценозе простирается до отдаленных его частей через конкурентов, хищников и жертв. Например, насекомоядные птицы, поедая насекомых опылителей, влияют косвенно на количество плодов. 4.2 Характеристики функций и структуры биоценоза Функции и структура сообщества обусловлены взаимодействиями двух типов: «особь - окружающая среда» и «популяция - популяция », соответственно выделяются основной характеристики: число видов, число трофических уровней, скорость создания первичной продукции, скорость потока энергии, скорость круговорота питательных веществ. Обобщенная характеристика биоценоза - гомеостатический потенциал, который представляет собой меру устойчивости биоценоза. Хищник может оказывать глубокое влияние на биоценоз через несколько трофических уровней . Например, за 60 лет развития биоценоза искусственного озера Гатун образовалось устойчивое сообщество с пищевой цепью фитопланктон - зоопланктон - рыба .Рыба ограничивала количество зоопланктона, поэтому в озере было много фитопланктона, и вода имела вид живого мутного супа. В озеро случайно внесли хищную рыбу туканаре. Образовалась новая цепь: фитопланктон- зоопланктон - рыба - туканаре. Следствием стало уменьшение рыбы, увеличение зоопланктона, уменьшение фитопланктона и посветление воды в озере. 4.3 Классификация элементов биоценоза Основные биоценозы состоят из продуцентов, макросументов и микросументов. Продуценты - это автотрофные организмы, главным образом зеленые растения. Макросументы -фаготрофы -это гетеротрофные организмы,главным образом животные. Сапротрофы - микросументы (разлагающие., гнилостные - это бактерии и грибы).Они разрушают сложные соединения мертвой протоплазмы и поглощают некоторые продукты разложения , высвобождают неорганические вещества, пригодные для использования продуцентами. В природе условно делят биоту в экосистеме на биофаков и сапрофагов, т.е организмы, питающиеся соответственно живыми и мертвыми органическими веществами. Продуцентом также противопоставляются редуценты - разлагатели. Исследования показали, что животные играют не менее важную роль в процессе разложения, чем бактерии и грибы (от 4 до 10 часов бактерии и грибы от 24 часов до нескольких месяцев). Поэтому в природе существует три «функциональных царства природы» - продуценты, макро - и микроконсументы. В качестве примера рассмотрим экосистему пастбища - клевер, мята, дуб, бук, граб, мясной и молочный скот, куры, гуси, утки, индейки, овцы, лошади. Состав объекта или его паспорт: Клевер 20га Мята 1,5 га Дуб 4 дерева Бук 6 деревьев Граб 1 дерево Мясной скот 3 особи Мол. скот 50 особей Куры 10 особей Гуси 55 особей Утки 40 особей Овцы 60 особей Лошади 6 особей Индейки 17 особей Очевидно преобладает клевер и молочный скот, овцы. Следовательно все организмы биотического сообщества играют одинаковую роль в определении его природы и функций; из сотен или тысяч видов только некоторые оказывают определенное воздействие на биоценоз - доминанты. Доминатов там меньше, где физические факторы экстремальны; леса на севере почти на 90-95% состоят из одного двух видов. В тропиках проявляется из тысячи видов несколько доминатов. 4.4 Развитие биоценоза Сообщество как живой организм непрерывно изменяется: умирают старые и рождаются новые особи, варьируются потоки энергии и питательных веществ, внутри и на разных уровнях реализуется межвидовые взаимодействия. Последовательность изменений происходящих в нарушенном местообитании называют сукцессией. Он включает и появление новых видов в местах обитания. Итогом сукцессии является климакс. Он представляет собой сообщество, находящееся в равном с физическим местообитанием. В этом случае в сообществе пространство пропорций уравновешивается потреблением. Климатический климакс - это то теоретическое сообщество, к достижению которого направлено все развитие сукцессии в данном районе. Оно реализуется там, где физические условия субстрата не столь экстремальны, чтобы изменить воздействие преобладающего климата. Страницы: 1, 2
| |
||||||||||||||||||||||||||||||
| © 2010 Все права защищены. | |||||||||||||||||||||||||||||||
