Сборник практический заданий по дисциплине « ЭКОЛОГИЯ»
Задание 1
Как описывают связи между биотической и абиотической компонентой в экосистеме?
Экология рассматривает
взаимодействие живых организмов и неживой природы. Это взаимодействие, во-первых, происходит в рамках определенной системы (экологической системы, экосистемы) и, во-вторых, оно не хаотично, а определенным образом организовано, подчинено законам. Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени. Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака:
1) Экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов.
2) В рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие.
3) Экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.
Устройство природы следует рассматривать как системное целое, состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых является уникальная глобальная экосистема - биосфера. В ее рамках происходит обмен энергией и веществом между всеми живыми и неживыми составляющими в масштабах планеты.
Классификация экологических факторов
Биотические факторы
— совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других (внутривидовые и межвидовые взаимодействия), а также на неживую среду обитания.
Внутривидовые
взаимодействия между особями складываются в результате конкурентной борьбы в условиях роста численности и плотности популяции за места своих гнездований, пищевые ресурсы.
Межвидовые
взаимодействия значительно более разнообразны:
· нейтрализм (оба вида не оказывают никакого воздействия друг на друга);
· конкуренция (оба вида оказывают друг на друга неблагоприятное воздействие);
· мутуализм (оба вида не могут существовать друг без друга);
· паразитизм (паразитический вид тормозит рост и развитие своего хозяина);
· хищничество (хищный вид питается своей жертвой);
· аменсализм (один организм подавляет развитие другого);
· комменсализм (комменсал получает пользу от другого вида, которому это объединение не безразлично).
Среди биотических факторов выделяют зоогенные, фитогенные, микробиогенные и антропогенные.
Абиотические факторы
— компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы.
Основными абиотическими факторами среды являются:
· температура;
· свет;
· вода;
· солёность;
· кислород;
· магнитное поле Земли;
· почва;
· влажность.
Принято выделять среди абиотических факторов среды следующие группы факторов:
· климатические (температурный режим, влажность, давление);
· эдафогенные (механический состав, плотность, воздухопроницаемость почвы);
· орографические (рельеф, высота над уровнем моря);
· химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, кислотность).
Обобщая законы функционирования экосистем, основные их положения звучат так:
1) природные экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду даровой солнечной энергии, количество которой избыточно и относительно постоянно;
2) перенос энергии и вещества через сообщество живых организмов в экосистеме происходит по пищевой цепи; все виды живого в экосистеме делятся по выполняемым ими функциям в этой цепи на продуцентов, консументов, детритофагов и редуцентов - это биотическая структура сообщества; количественное соотношение численности живых организмов между трофическими уровнями отражает трофическую структуру сообщества, которая определяет скорость прохождения энергии и вещества через сообщество, то есть продуктивность экосистемы;
3) природные экосистемы благодаря своей биотической структуре неопределенно долго поддерживают устойчивое состояние, не страдая от истощения ресурсов и загрязнения собственными отходами; получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов.
Задание 2
Что такое пределы выносливости вида животных организмов? Приведите примеры живых организмов с отличающимися пределами выносливости для различных экологических факторов.
Предел выносливости
— граница, за пределами которой существование организма невозможно (ледяная пустыня, горячий источник, верхние слои атмосферы). Для всех организмов и для каждого вида существуют свои границы по каждому экологическому фактору отдельно.
Диапазон действия экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точки минимума и максимума), при которых еще возможно существование организма. Эти точки называются нижним
и верхним
пределами выносливости (толерантности) живых существ по отношению к конкретному фактору среды.
Рис. 2. Схема действия экологического фактора на жизнедеятельность организмов: 1, 2. 3 — точки минимума, оптимума и максимума соответственно; I, II, III—зоны пессимума, нормы и оптимума соответственно.
Разные виды живых организмов заметно отличаются друг от друга по пределам выносливости.
Например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне около 80°С (от +30 до -55°С), некоторые тепловодные рачки выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6°С (от 23 до 29°С), нитчатая цианобактерия осциллатория, живущая на острове Ява в воде с температурой 64°С, погибает при 68°С уже через 5—10 мин.
Способность организмов адаптироваться к определенному диапазону изменчивости факторов среды называют экологической пластичностью.
Задание 3
Какие признаки и свойства характеризуют популяцию?
Популяция
(от франц. “популяцион” — население) — совокупность особей одного вида, занимающих определенный ареал, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, генетическую основу и в той или иной степени изолированных от других популяций данного вида.
Популяциям присущи конкретные генетические и экологические признаки, отражающие способность систем поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях: рост, развитие, устойчивость.
Численность
— общее количество особей в популяции. Эта величина характеризуется широким диапазоном изменчивости, однако она не может быть ниже некоторых пределов. Сокращение численности по сравнению с этими пределами может привести к вымиранию популяции. Полагают", что если численность популяции меньше нескольких сотен особей, то любые случайные причины (пожар, наводнение, засуха, обильные снегопады, сильные морозы и т. д.) могут сократить ее настолько, что оставшиеся особи не смогут встречаться и оставить потомство. Рождаемость перестанет покрывать естественную убыль, и оставшиеся особи в течение сравнительно короткого времени вымрут.
Плотность
— число особей на единицу площади или объема. При увеличении численности плотность популяции, как правило, возрастает; она остается прежней лишь в случае ее расселения и расширения ареала. У некоторых животных плотность популяции регулируется сложными поведенческими и физиологическими механизмами.
Свойства популяций.
· Самовоспроизводство,
· Изменчивость,
· взаимодействие с популяциями других видов,
· Функционирование.
Свойства популяции можно оценить по следующим показателям:
· рождаемость,
· смертность,
· возрастная структура,
· соотношение полов,
· частота генов,
· генетическое разнообразие,
· скорость и форма кривой роста и т. д.
Плотность популяции определяется ее внутренними свойствами, а также зависит от факторов, действующих на популяцию извне.
Задание 4
Какие вы знаете сообщества и экосистемы, имеющие более или менее чёткие границы?
Сообщество (биоценоз)
― совокупность видов животных и растений, длительное время сосуществующих в определенном пространстве и образующих экологическое единство. Как и популяция, сообщество имеет собственные свойства и характеризуется собственными показателями, присущими только ему. Свойствами сообщества являются устойчивость (то есть способность противостоять внешним воздействиям), продуктивность (способность производить живое вещество). Показателями сообщества являются характеристики его состава (видовое разнообразие, структура пищевой сети), а также соотношение отдельных групп организмов. Одна из главных задач экологии ― выяснить взаимосвязи между свойствами и составом сообщества, которые проявляются независимо от того, какие виды в него входят.
Экосистема
― это любое сообщество живых существ (биоценоз) вместе с его физической средой обитания (экотопом), функционирующее как единое целое.
Примером экосистемы может служить пруд, включающий в себя сообщество гидробионтов (организмов, жизнь которых протекает в воде), физические свойства и химический состав воды, особенности рельефа дна, состав и структуру грунта, взаимодействующий с поверхностью воды атмосферный воздух, солнечную радиацию.
При классификации наземных экосистем обычно используют признаки растительных сообществ (составляющих основу экосистем) и климатические (зональные) признаки. Так, выделяются определенные типы экосистем, например тундра лишайниковая, тундра моховая, лес хвойный (еловый, сосновый), лес лиственный (березняк), лес дождевой (тропический), степь, кустарники (ивняк), болото травянистое, болото сфагновое.
Растительные сообщества (и экосистемы) обычно не имеют резких границ и переходят друг в друга постепенно ― в соответствии с изменением условий местообитаний в пространстве и во времени. Однако, учитывая переходные полосы, в большинстве случаев можно достаточно четко установить границы, отделяющие одну экосистему от другой, определить границы биогеоценозов.
Биогеоценозы
— природные образования с четкими границами, состоящие из совокупности живых существ (биоценозов), занимающих определенное место. Для водных организмов — это вода, для организмов суши — почва и атмосфера.
Задание 5
Назовите виды животных и растений, занимающих смежные трофические уровни и находящихся в единой пищевой цепи.
При последовательной передаче энергии от одних организмов к другим образуются пищевые (трофические) цепи.
Трофические цепи, которые начинаются с продуцентов, называются пастбищные цепи, или цепи выедания. Отдельные звенья пищевых цепей называются трофические уровни.
Хорошо известна функция распространения семян животными-фитофагами. Формирование плодов, привлекательных для животных, также есть выражение приспособления к зоохории. Плодоядные животные не специализированы на переваривании семян и потому способствуют их эффективному расселению. Всхожесть семян борщевика (Heracleum laciniatum) после прохожд
Перекрёстное оплодотворение и распространение семян, осуществляемые животными, столь эффективны, что среди растений появились виды-имитаторы. Известно, например, что споры некоторых грибов (Phallus и др.) выделяются вместе со слизью, имеющей характерный гнилостный запах. Тем самым привлекаются мухи, к лапкам которых прилипают споры грибов.
Большое значение имеют средообразующие функции различных видов, адаптации у растений к вытаптыванию копытными животными.
Взаимоотношения хищников и их жертв, паразитов и их хозяев сопровождаются широким спектром взаимных адаптации (поведенческих, морфологических, физиологических и др.), направленных на поддержание динамического равновесия в биоценозах.
Задание 6
Каковы причины снижения скорости потока энергии по мере удаления от первичного продуцента?
Ни один живой организм не продуцирует энергию - она может быть получена только извне. В современной биосфере главнейший источник энергии, утилизируемой в биогенном круговороте, - это энергия солнечного излучения.
К причинам снижения скорости потока энергии по мере удаления от первичного продуцента можно отнести следующие: В первую очередь это связано с первым законом термодинамики, основой современной физики. Который гласить, что энергия переходить из одной формы (солнечный свет практически единственный источник энергии на земли) в другую (потенциальную энергию пищи, к примеру), но она никогда не создается вновь и не исчезает. А второй закон все тоже термодинамики гласит, что не может быть ни одного процесса, связанного с превращением энергии, без потере некоторой её части. Из выше сказанного следует, что первичные продуценты в основном растения получая 100% энергии от солнца в процессе фотосинтеза, тратят часть энергии на собственную жизнь (рост, дыхание и т.д.)
Очевидно, в жизни экологических систем действуют общие термодинамические принципы и законы сохранения энергии, вещества, информации:
• Закон сохранения энергии (первый принцип термодинамики).
• Второй принцип (начало, закон) термодинамики.
Задание 7
Какие типы организмов играют основную роль в поддержании круговорота биогенных элементов?
Вещество
(в том числе биогенные элементы: углерод, азот, фосфор, сера) может передаваться в сообществе по замкнутым циклам и использоваться повторно, в отличие от энергии.
Решающую роль в поддержании круговорота биогенных элементов играют редуценты
, которые разлагают органическое вещество на простые неорганические соединения. Если бы биомасса, в конечном счете, не разлагалась, запас биогенов исчерпался бы и жизнь на Земле прекратилась.
Редуценты
- это организмы, которые питаются мертвым органическим веществом (детритом), разлагая его. К ним относятся всевозможные сапрофитные бактерии, грибы и животные:
· в почве - это мелкие беспозвоночные, питающиеся отбросами, например, мелкие клещи, земляные черви, многоножки;
· в водных экосистемах - моллюски, крабы и черви; при гниении - бактерии;
· при разложении растительного отпада - грибы.
По составу и активности сообщества редуцентов не менее разнообразны, чем другие сообщества, но, к сожалению, большинство этих организмов оказываются скрытыми от глаз наблюдателя. Можно с уверенностью сказать, что полное разложение органического материала возможно только благодаря совместной активности широкого круга специализированных организмов. Скорость разложения определяет скорость поступления к растениям высвободившихся минеральных биогенных элементов, таких, как фосфор и азот.
Задание 8
Какие из современных антропогенных факторов оказывают наиболее сильное влияние на жизнь биосферы? В чём проявляется это влияние?
Антропогенное загрязнение
- результат деятельности человека. А это, прежде всего строительство, эксплуатация промышленных предприятий, добыча полезных ископаемых. Всё это привело к серьезным нарушениям природных ландшафтов, загрязнению почвы, воды, воздуха различными отходами. Рост населения, истребление животных, выпас скота привели к гибели лесов и травяного покрова, к эрозии почвенного слоя.
В современную эпоху деятельность человека оказывает огромное влияние на природные условия всей планеты. Особенно сильно изменены флора и фауна суши. Многие виды животных полностью уничтожены человеком, а еще большее количество видов находится под угрозой их исчезновения.
Растительные покровы на большей части поверхности континентов претерпел огромные изменения. На обширных пространствах дикая растительность уничтожена и заменена сельскохозяйственными полями, сохранившиеся до настоящего времени леса в значительной части являются вторичными, т. е. сильно измененными в результате воздействия человека по сравнению с естественным растительным покровом. Большие изменения произошли также в растительном покрове многих районов степей и саванн из-за интенсивного выпаса домашнего скота.
Воздействие человека на естественный растительный покров оказало заметное влияние на процесс почвообразования в соответствии районах и привело к изменению физических и химических свойств почв. Еще больше изменялись почвы на сельскохозяйственных полях вследствие их систематической обработки, применения удобрений и изъятия значительной части биомассы произрастающих растений. Во многих районах обработка почвы привела к усилению эрозии, в результате которой почвенный покров на больших площадях оказался разрушенным.
Быстро возрастает влияние деятельности человека на гидрологический режим суши. Сток не только малых, но и многих крупных рек существенно изменен в результате создания гидротехнических сооружений. Значительная часть воды речного стока изымается для обеспечения нужд промышленности и городского населения, орошение сельскохозяйственных полей. Создание крупных водохранилищ, площадь которых во многих случаях сравнима с площадью больших естественных озер, резко изменяет режим испарения и стока на обширных территориях.
Все возрастающие масштабы приобретает загрязнение человеком атмосферы, вод континентов и океанов. Антропогенные изменения климата происходят все последние десятилетия.
Задание 9
Какую работу выполняют службы мониторинга окружающей среды?
В XX веке, в науке возник термин мониторинг
для определения системы повторных целенаправленных наблюдений за одним или более элементами окружающей природной среды в пространстве и времени.
Экологический мониторинг
– это информационная система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданная с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природных процессов.
Росгидромет
является головной организацией в осуществлении государственной службы мониторинга окружающей среды, предусматривающей организацию и проведение наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды и её изменений под воздействием хозяйственной деятельности.
Мониторинг окружающей среды России входит в систему глобального мониторинга окружающей среды.
Объектами наблюдения Росгидромета
являются:
· атмосфера,
· почвы,
· поверхностные воды суши,
· морская среда,
· сельскохозяйственные культуры,
· пастбищная растительность,
· околоземное космическое пространство.
Регулярная информация поступает от 682 стационарных постов в 248 городах и поселках, трех станций по наблюдению за трансграничным перемещением загрязняющих веществ, шести станций фонового мониторинга в биосферных заповедниках России, кораблей наземного наблюдения.
Рис.3. Поток информации в иерархической системе ОГСНК
Росгидромет
не наделен предупредительными или карательными средствами реагирования на выявляемые правонарушения, его задача заключается в передаче полученной информации соответствующим органам исполнительной власти, предприятиям и организациям для принятия мер.
Рис.4. Блок-схема системы мониторинга.
Система экологического мониторинга накапливает, систематизирует и анализирует информацию:
· о состоянии окружающей среды;
· о причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (т.e., об источниках и факторах воздействия);
· о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;
· о существующих резервах биосферы.
В соответствии с приведенными определениями и возложенными на систему функциями мониторинг включает три основных направления деятельности:
· наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды;
· оценку фактического состояния среды;
· прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния.
Экологический контроль ставит своими задачами: наблюдение за состоянием окружающей среды и ее изменением под влиянием хозяйственной и иной деятельности; проверку выполнения планов и мероприятий по охране природы, рациональному использованию природных ресурсов, оздоровлению окружающей природной среды, соблюдения требований природоохранительного законодательства и нормативов качества окружающей природной среды.
Таким образом, в природоохранительном законодательстве государственная служба мониторинга определена фактически как часть общей системы экологического контроля.
Задание 10
Какое требование принадлежит к числу важнейших принципов рационального природопользования?
Ухудшение состояние природной среды в процессе взаимодействия человеческого общества и природы вызывает необходимость рационального природопользования.Рациональное
(разумное) природопользование — хозяйственная деятельность человека, обеспечивающая экономное использование природных ресурсов и условий, их охрану и воспроизводство с учетом не только настоящих, но и будущих интересов общества.В основе рационального природопользования и охраны природы лежат следующие мотивы (аспекты): экономический, здравоохранительный, эстетический, научно-познавательный, воспитательный.Рациональное природопользование и охрана природы должны основываться на следующих принципах:1.Правило прогнозирования: использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться на основе предвидения и максимально возможного предотвращение негативных последствий природопользования.2.Правило повышения интенсивности освоения природных ресурсов: использование природных ресурсов должно осуществляться на основе повышения интенсивности освоения природных ресурсов, в частности, с уменьшением или устранением потерь полезных ископаемых при их добыче, обогащении и переработке, транспортировке.3.Правило множественного значения объектов и явлений природы: использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться с учетом интересов разных отраслей хозяйства.4.Правило комплексности: использование природных ресурсов должно осуществляться комплексно, разными отраслями народного хозяйства;5.Правило региональности: использование и охрана природных ресурсов должны осуществляться с учетом местных условий. 6.Правило косвенного использования и охраны: использование или охрана одного объекта природы может приводить к косвенной охране другого, а может приносить ему вред.7.Правило единства использования и охраны природы (основной принцип): охрана природы должна осуществляться в процессе ее использования.