Контрольная работа по "Экологии"

 

6. Приведите примеры низко-и высокопродуктивных экосистем.

Самые высокопродуктивные экосистемы в биосфере имеют продуктивность 2-3 кг/м2/год

Биологический вакуум – открытый океан, пустыни.

1. Высокопродуктивные  – липовые, дубовые леса, заросли  рогоза, посадки кукурузы (1-2 кг/м2/год)

2. Умеренной  биопродукции – посевы, березовые и сосновые леса, луга (0,25 – 1 кг/м2/год).

3. Низкая  биопродукция – горные степи, пастбища (менее 0,25 кг/м2/год).

В каждом звене пищевой цепи часть энергии теряется. Отсюда очевидно, что длина пищевой цепи лимитируется размерами этих потерь.

Средняя эффективность переноса энергии от растений к травоядным животным составляет около 10%, а от животного к животному – около 20%. В целом травоядные менее эффективно усваивают пищу, чем хищники. Это связано с тем, что растения содержат большое количество целлюлозы, а часто и древесины (содержащей целлюлозу и лигнин), которые плохо перевариваются и поэтому не могут служить источником энергии для большинства травоядных.

Энергия, теряющаяся при дыхании, не передается другим организмам. Энергия же, заключенная в экскрементах и отходах метаболизма, передается детритофагам и редуцентам и, таким образом, не теряется для экосистемы. Детритные цепи начинаются с мертвых организмов и отмерших частей растений (опавших листьев, ветвей).

Трофические взаимодействия подчиняются правилу 10%: с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10% энергии.

 

7.  Какие особенности имеет круговорот  воды?

Вода находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности водоемов, почвы, растений, вода накапливается в атмосфере и, рано или поздно, выпадает в виде осадков, пополняя запасы в океанах, реках, озерах и т.п. Таким образом, количество воды на Земле не изменяется, она только меняет свои формы – это и есть круговорот воды в природе. Из всех выпадающих осадков 80% попадает непосредственно в океан. Для нас же наибольший интерес представляют оставшиеся 20%, выпадающие на суше, так как большинство используемых человеком источников воды пополняется именно за счет этого вида осадков. Упрощенно говоря, у воды, выпавшей на суше, есть два пути.

Либо она, собираясь в ручейки, речушки и реки, попадает в результате в озера и водохранилища - так называемые открытые (или поверхностные) источники водозабора. Либо вода, просачиваясь через почву и подпочвенные слои, пополняет запасы грунтовых вод. Поверхностные и грунтовые воды и составляют два основных источника водоснабжения. Оба этих водных ресурса взаимосвязаны и имеют как свои преимущества, так и недостатки в качестве источника питьевой воды.

Круговорот воды является одним из грандиозных процессов на поверхности земного шара. Он играет главную роль в связывании геологического и биотического круговоротов. В биосфере вода, непрерывно переходя из одного состояния в другое, совершает малый и большой круговороты.

Испарение воды с поверхности океана, конденсация водяного пара в атмосфере и выпадение осадков на поверхность океана образуют малый круговорот. Если же водяной пар переносится воздушными течениями на сушу, круговорот становится значительно сложнее. В этом случае часть осадков испаряется и поступает обратно в атмосферу, другая - питает реки и водоемы, но в итоге вновь возвращается в океан речным и подземным стоком, завершая тем самым большой круговорот.

Важное свойство круговорота воды заключается в том, что он, взаимодействуя с литосферой, атмосферой и живым веществом, связывает воедино все части гидросферы: океан, реки, почвенную влагу, подземные воды и атмосферную влагу.

Вода - важнейший компонент всего живого. Грунтовые воды, проникая сквозь ткани растения в процессе транспирации, привносят минеральные соли, необходимые для жизнедеятельности самих растений.  Наиболее замедленной частью круговорота воды является деятельность полярных ледников, что отражают медленное движение и скорейшее таяние ледниковых масс.

Наибольшей активностью обмена после атмосферной влаги отличаются речные воды, которые сменяются в среднем каждые 11 дней. Чрезвычайно быстрая возобновляемость основных источников пресных вод и опреснение вод в процессе круговорота являются отражением глобального процесса динамики вод на земном шаре.

 

8. Как осуществляется возврат веществ в круговорот?

Рециркуляция веществ в природных экосистемах должна служить моделью для решения одной из главных природоохранных задач - возвращения различных использованных веществ в естественные циклы.

Основные пути возвращения веществ в круговорот:

1. Непосредственные выделения животных и человека без предварительного разложения бактериями. В состав выделений входят С02, растворимые органические и неорганические соединения фосфора и азота, которые могут непосредственно усваиваться растениями. Например, в толще морской воды мелкий фитопланктон активно и быстро поедается животными, особенно микрозоопланктоном. Поэтому азот и фосфор в этих условиях регенерируются в основном из экскрементов животных. Исследования показывают, что зоопланктон (дафнии, коловратки, простейшие и др.) выделяет в воду в несколько раз больше минеральных элементов питания, чем освобождается после микробного разложения отмерших растительных организмов.

2. Микробное разложение органических остатков - детрита - редуцентами. Бактерии и грибы - основные агенты регенерации элементов этим путем, который преобладает в наземных экосистемах, особенно умеренной зоны. Гетеротрофный процесс разложения, происходящий благодаря жизнедеятельности микроорганизмов, приводит не только к освобождению потенциальной энергии органических веществ, но и к регенерации химических элементов, вступающих в новый цикл обращения.

3. Возвращение веществ в круговорот благодаря жизнедеятельности организмов, живущих в симбиозе с растениями. Это могут быть бактерии, микроскопические грибы, водоросли, лишайники, другие растения. Они передают элементы питания непосредственно растениям, как, например, клубеньковые бактерии. Этот путь особенно важен в экосистемах с низким содержанием питательных веществ.

4. Поступление в круговорот элементов и веществ в результате физических процессов, движимых солнечной энергией, т. е. в результате выветривания, эрозии, с потоками воды и т. д. Вода также возвращается в круговорот благодаря энергии Солнца. Таким путем элементы из осадочных пород выносятся из абиотического резервуара и попадают в биотические циклы.

5. Поступление элементов в биогеохимические циклы, связанные с деятельностью человека и затратами энергии ископаемого топлива. Таким путем возвращаются в круговорот опресненная морская вода, биогенные элементы в виде удобрений, металлы, другие ценные вещества, извлекаемые из отходов, и т. д.

На возврат веществ в круговорот всегда затрачивается энергия. Для первых трех путей энергия поступает из органических веществ, для четвертого - от Солнца, для пятого - от топлива. В четырех случаях из пяти людям не приходится затрачивать дорогостоящее топливо. Если не нарушать природные механизмы рециркуляции, то они способны возвращать в круговорот и воду, и питательные вещества. Повторное же использование промышленных материалов, например металлов (когда их запасы ограничены), требует затрат топлива и денежных средств.

Пример рециркуляции веществ в антропогенной системе промышленного города – повторное использование бумаги. Ее движение напоминает циркуляцию важных элементов в естественных экосистемах. Пока имеются большие запасы деревьев в лесу, бумажные фабрики и свободные участки земли для свалки ненужной бумаги, нет стимулов тратить средства и энергию на ее повторное использование. Но по мере того как растет плотность населения в пригородах, дорожает земля, становится все труднее находить места для свалок - отходы на выходе накапливаются. Запасы пригодной древесины могут постепенно иссякать (беднеют ресурсы среды на входе). Возможно также, что существующие фабрики перестанут обеспечивать спрос на бумагу. Во всех этих случаях следует подумать о повторном использовании бумаги. Для этого должен быть рынок сбыта старой бумаги, т. е. фабрика по переработке макулатуры. Такая фабрика реализует механизмы экономии энергии путем рециркуляции и соответствует диссипативной структуре в природной системе.

Вторичное использование бумаги выгодно всему населению. Это уменьшает вред, наносимый окружающей среде, и расходы, идущие на очистку города. Для вторичного использования бумаги необходимы: участие горожан; система сбора и склады для хранения; заводы по переработке макулатуры; транспорт; рынок для использованной бумаги (перерабатывающая фабрика); экономически эффективная технология переработки. К сожалению, из-за инерции и административного разделения города и области часто слишком поздно начинают утилизировать использованные материалы, что ведет к моральным и материальным убыткам.

Оценка степени рециркуляции веществ внутри экосистемы осуществляется с помощью коэффициента рециркуляции:

Крец = ПВр / ПВ,

где Крец - коэффициент рециркуляции; ПВр - рециркулируемая доля потока веществ, проходящего через систему (возврат); ПВ - общий поток вещества через систему.

Для экспериментального водосборного бассейна был рассчитан коэффициент рециркуляции кальция. Он оказался равным 0,76 - 0,80. Это означает, что около 80 % общего потока кальция, проходящего Через систему, используется В ней многократно. Для калия, натрия и азота коэффициенты рециркуляции оказались выше. В этом водосборном бассейне циркулирующие элементы по значению Крец располагались от большего к меньшему следующим образом: К > Na > N > Са > Р > Mg > S

Значение коэффициента рециркуляции для каждого элемента зависит от его поступления извне, подвижности и потребности в нем организмов. Возврат веществ в природных экосистемах возрастает в трех случаях: 1) при увеличении разнообразия и усложнении биотических компонентов, 2) при обеднении ресурсов среды на входе, 3) при накоплении отходов на выходе. Или при наличии всех трех условий. Как правило, Крец ниже для второстепенных элементов или для важных, но потребность в которых невелика (например, для меди). Элементы, которые человек считает ценными для себя (платина, золото, серебро), он использует повторно на 90 % и более. Коэффициент рециркуляции не характеризует скорость движения веществ по кругу, которая в значительной степени определяется температурными и климатическими особенностями экосистем. Коэффициент рециркуляции энергии равен нулю, поскольку энергия вторично не используется.

Усилия по охране природных ресурсов в конечном счете должны быть направлены на то, чтобы превратить ациклические процессы в циклические. Основной цепью должно стать возвращение веществ в круговорот. Начинать следует с воды, так как, если удастся восстановить и поддерживать круговорот воды, станет возможным взять под контроль и элементы питания, которые движутся вместе с ней.

 

9. На какие группы можно разделить  экологические факторы?

Различные организмы по-разному реагируют на одни и те же экологические факторы. Адаптация  к существованию в различных условиях выработалась у организмов исторически. Все многообразие экологических факторов обычно подразделяют на три группы: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы - это совокупность важных для организмов свойств неживой природы. Эти факторы, в свою очередь, можно разделить на химические (состав атмосферы, воды, почвы) и физические (температура, давление, влажность, течения и т. п.). Разнообразие рельефа, геологических и климатических условий порождают и огромное разнообразие абиотических факторов.

Первостепенное значение из них имеют климатические (солнечный свет, температура, влажность); географические (продолжительность дня и ночи, рельеф местности); гидрологические - течение, волнение, состав и свойства вод; эдафические  - состав и свойство почв и др.  все факторы могут влиять на организмы непосредственно или косвенно. Например, 
рельеф местности влияет на условия освещенности, влажность, 
ветер и микроклимат.

Биотические факторы - это совокупность воздействий жизнедеятельности одних организмов на другие. Для каждого организма все остальные - важные факторы среды обитания, они оказывают на него не меньшее действие, чем неживая природа. Эти факторы тоже очень разнообразны.

Все многообразие взаимоотношений между организмами можно разделить на два основных типа: антагонистические и неантагонистические.

Антагонистические - это такие отношения, при которых организмы двух видов подавляют друг друга (- -) или один из них подавляет другой без ущерба для себя (+ -). Основные формы этого вида биотических отношений: хищничество, паразитизм и конкуренция..

Хищничество - форма взаимоотношений организмов разных трофических уровней, при которой один вид организмов живет за счет другого,  поедая его  (+ -).

Паразитизм - межвидовые взаимоотношения, при которых один вид живет за счет другого (+ -), поселяясь внутри или на поверхности тела организма-хозяина.

Конкурещия  - форма взаимоотношений, при которых организмы одного трофического уровня борются за пищу и другие условия существования, подавляя друг друга (- -).

Симбиоз - это  обоюдовыгодные, но не обязательные взаимоотношения разных видов организмов (+ +).

Мутуализм - взаимовыгодные и обязательные для роста и выживания отношения организмов разных видов (+ +).