Лекции по "Экологии"

Биотические факторы — совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания (Хрусталев и др., 1996) В последнем случае речь идет о способности самих организмов в определенной степени влиять на условия обитания. Например, в лесу под влиянием растительного покрова создается особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создается свой температурно-влажностной режим озимой здесь на несколько градусов теплее, летом — прохладнее и влажнее. Особая микросреда создается также в дуплах деревьев, в норах, в пещерах и т. п.

К биотическим факторам относятся внутривидовая конкуренция  и межвидовые взаимоотношения.

Внутривидовая конкуренция  – борьба за одни и те же ресурсы, происходящая между особями одного и того же вида. Это важный фактор саморегуляции популяций.

Межвидовые взаимоотношения  значительно более разнообразны. Два живущие рядом вида могут  вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно. Возможные типы комбинаций и отражают различные виды взаимоотношений:

- нейтрализм — оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга (белки и лоси; обезьяны и слоны);

- конкуренция — каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;

- мутуализм (симбиоз) — виды не могут существовать друг без друга (бобовые растения и бактерии, фиксирующие азот);

- протокооперация (содружество) — оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу (опыление пчелами луговых растений);

- комменсализм — один вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид — хозяин не имеет никакой выгоды т.е. взаимная терпимость (гиены, подбирающие остатки добычи львов; мальки рыб, прячущиеся под зонтиками медуз);

- аменсализм — один вид, аменсал, испытывает от другого угнетение роста и размножения (светолюбивые травы под елью)

- паразитизм — паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель (аскариды, вши-пример постоянных паразитов; слепни, блохи-пример временных паразитов);

- хищничество— хищный вид питается своей жертвой (львы и зебры).

Межвидовые отношения  лежат в основе существования  биотических сообществ (биоценозов).

Антропогенные факторы  — факторы, порожденные человеком  и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т. д.

Среди абиотических факторов довольно часто выделяют климатические (температура, влажность воздуха, ветер  и др.) и гидрографические — факторы  водной среды (вода, течение, соленость и др.).

Большинство факторов качественно  и количественно изменяются во времени. Например, климатические — в течение  суток, сезона, по годам (температура, освещенность и др.).

Факторы, изменения которых  во времени повторяются регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические — приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т. п.) называются непериодическими.

Подразделение факторов на периодические и непериодические  имеет очень важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни.

Тема 2. Экологические  законы

Законы Б. Коммонера

В 70-х годах XX в. американский эколог Барри Коммонер выдвинул ряд положений, которые сегодня называют законами экологии: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа знает лучше; 4) ничто не дается даром.

Первый закон «Все связано со всем» отражает существование взаимосвязи экосистем между собой потоками вещества и энергии. Он предостерегает человека от необдуманного воздействия на отдельные части экосистем, что может привести к непредвиденным последствиям.

Второй закон «Все должно куда-то деваться» вытекает из фундаментального закон о сохранении энергии. Он позволяет по-новому рассматривать проблему отходов материального производства.

Третий закон «Природа знает лучше» призывает к тщательному изучению экосистем, сознательному отношению к преобразующей деятельности.

Четвертый закон «Ничто не дается даром», по мнению Б. Коммонера, объединяет предшествующие три закона, потому что биосфера как глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничего не может быть выиграно или потеряно и которая не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеком, должно быть возмещено.

 

Лимитирующие факторы

Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик  Ю. Либих в середине XIX в. Он установил  закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.

Таким образом, лимитирующими  экологическими факторами следует  называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами.

Что касается закона минимума Ю. Либиха, то он имеет ограниченное действие и только на уровне химических веществ. Р. Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений, включая температуру, влажность, освещенность и т. д.

Различия в совокупном и изолированном действиях относятся  и к другим факторам. Например, действие отрицательных температур усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но, с другой стороны, высокая влажность ослабляет действие высоких температур, и т. д. Но, несмотря на взаимовлияние факторов, все-таки они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение в законе независимости факторов В. Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа или солнечного света, и т. д.

Наиболее полно и  в наиболее общем виде всю сложность  влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности (устойчивости) В. Шелфорда: любой живой  организм имеет определенные, эволюционно  унаследованные верхний и нижний пределы толерантности к любому экологическому фактору.

Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать  этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от -5 °С до 25 °С, т. е. диапазон его толерантности  лежит в пределах этих температур. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными («стено» — узкий), а способных жить в широком диапазоне температур — эвритермными («эври» — широкий).

Подобно температуре  действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы по отношению  к характеру их воздействия называют, соответственно, стенобионтами и  эврибионтами. Например, говорят: организм стенобионтен по отношению к влажности, или эврибионтен к климатическим факторам, и т. п. Организмы, эврибионтные к основным климатическим факторам, наиболее широко распространены на Земле.

Диапазон толерантности  организма не остается постоянным —  он, например, сужается, если какой-либо из факторов близок к какому-либо пределу, или при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определенных условиях может меняться, т е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определенный микроклимат (микросреду). Здесь возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже — на видовом уровне.

Такая компенсация факторов обычно создает условия для физиологической  акклиматизации вида - эврибионта, имеющего широкое распространение, который, акклиматизируясь в данном конкретном месте, создает своеобразную популяцию, экотип, пределы толерантности которой соответствуют местным условиям. При более глубоких адаптационных процессах здесь могут появиться и генетические расы.

Итак, в природных условиях организмы зависят от состояния  критических физических факторов, от содержания необходимых веществ и от диапазона толерантности самих организмов к этим и другим компонентам среды.

Тема 3. Популяция. Биоценоз. Биогеоценоз.

Расширить (вид, популяция ???)Экологическая ниша.

Популяция

В природных условиях организмы одного вида расселены  неравномерно. В результате вид распадается на группировки или популяции.

Популяция - минимально самовоспроизводящаяся  группа особей одного вида, населяющих определенную территорию (ареал) достаточно долго (в течение многих поколений.

Биоценоз

Биоценоз - совокупность совместно обитающих популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов. Любой биоценоз занимает определенный участок абиотической среды. Биотоп является общим местом обитания для всех членов сообщества. Биотоп- пространство с более или менее однородными условиями, заселенное тем или иным сообществом организмов.

Биогеоценоз

Члены сообщества так  тесно взаимодействуют со средой обитания, что биоценоз часто трудно рассматривать отдельно от биотопа. Поэтому их объединяют под названием  биогеоценоза. Понятие биогеоценоза ввел В.Н.Сукачев (1942). По определению В.Н.Сукачева биогеоценоз (от греч. bios-жизнь, ge-Земля, ценоз-сообщество) - это совокупность однородных природных элементов (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий) на определенном участке поверхности Земли. Контур биогеоценоза устанавливается по границе растительного сообщества (фитоценоза).

Экологическая ниша

Положение, которое вид  занимает в составе биоценоза, называется его экологической нишей. Экологическую нишу вида характеризуют и границы выносливости его по отношению к разным факторам, и характер связи с другими видами, и образ жизни, и распределение в пространстве.

Часто понятие "экологическая  ниша" рассматривают как синоним понятия "место обитания", но понятие ниши значительно объемнее и содержательнее. Американский эколог Одум образно назвал место обитания — "адресом" организма (вида), а экологическую нишу — его "профессией".

На одном месте обитания живет большое количество организмов разных видов. Например, смешанный лес — это место обитания для сотен видов растений и животных, но у каждого из них своя и только одна "профессия" — экологическая ниша.

В лесу сходное место  обитания имеют лось и белка, но ниши их совершенно разные: белка живет в основном в кронах деревьев, питается семенами и плодами, там же и размножается. Весь жизненный цикл лося связан с подпологовым пространством: питание зелеными растениями или их частями, размножение и укрытие в зарослях.

Элементы экологической ниши:

- пища (виды);

- время и способы питания,

- место размножения;

- место укрытия

Экологические ниши существуют по определенным правилам

- чем шире требования (пределы толерантности) вида к любому или многим экологическим факторам, тем больше то пространство, которое он может занимать в природе, а значит, тем шире его распространение;

- если режим любого, хотя бы одного экологического фактора в месте обитания особей одного вида изменился таким образом, что его значения выходят за пределы ниши, то это означает разрушение ниши, т. е ограничение или невозможность сохранения вида в данном месте обитания. С понятием "экологическая ниша" связаны и другие важные закономерности — каждый вид имеет свою, только ему присущую экологическую нишу, т. е. сколько на Земле видов, столько и экологических ниш (2,2 млн видов живых организмов, из них 1,7 млн видов животных). Два разных вида (даже очень близких) не могут занимать одну экологическую нишу в пространстве;

- в каждой экосистеме имеются виды, которые претендуют на одну и ту же нишу или ее элементы (пищу, укрытия). В таком случае неизбежна конкуренция, борьба за обладание нишей. Подобные отношения отражает правило Гаузе: если два вида со сходными требованиями к среде (питанию, поведению, местам размножения) вступают в конкурентные отношения, то один из них должен погибнуть либо изменить свой образ жизни и занять новую экологическую нишу.

Экологическая ниша —  это совокупность всех требований вида (популяции) к условиям среды (состав и режим экологических факторов) и место, где эти требования выполняются.

Экологические ниши совместно  живущих видов могут частично перекрываться, но полностью никогда  не совпадают, т. к. при этом вступает в действие закон конкурентного  исключения.

Тема 4. Понятие  об экосистеме. Трофическая структура экосистемы

Понятие об экосистеме

Основной объект экологии — это экологическая система, или экосистема — пространственно  определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.