Саморегуляция в популяциях и экосистемах. Что такое Биогеоценоз? — Определение, характеристика, типы и примеры Саморегуляция обеспечивает в биогеоценозе высокую
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ
Муниципальный этап
уч. год
ЗАДАНИЯ 9 КЛАСС
Задание № 1.
Выберите один правильный ответ из четырех предложенных и обведите кружочком:
1. Как называют максимальное репродуктивное усилие популяции:
а) популяционной волной;
б) экологической рождаемостью;
в) биотическим потенциалом;
г) популяционным гомеостазом.
2. Взаимоотношения белки и лося относятся к типу:
а) факультативного мутуализма;
б) аменсализма;
в) нейтрализма;
г) конкуренции.
3. Вещество, сформировавшееся при участии живых организмов и сил неживой природы, называл:
а) биокосным веществом;
б) живым веществом;
в) биогенным веществом;
г) косным веществом.
4. Перенос животными других животных называется:
а) форезией;
б) зоохорией;
в) симбиозом
5. Термин "жизненная форма" впервые употребил в 1884 году:
а) итальянец В. Вольтерра;
б) датчанин К. Раункиер;
в) немец К. Мебиус;
г) датчанин Е. Варминг
6. Почвенные мхи елового леса относятся к экологической группе:
а) гелиофитов;
б) хамефитов;
в) сциофитов;
г) терофитов.
7. Какой тип почв характерен для экосистем таежных лесов:
а) торфяник;
б) серые почвы;
в) подзолистые почвы;
г) каштановые почвы.
Задание № 2. Выберите правильный ответ и обведите кружочком:
1. Популяции угрожает гибель, если ее численность:
а) максимальна,
б) минимальна
в) колеблется,
г) гибель популяции не зависит от ее численности.
2. Устойчивость экосистемы при увеличении ее сложности, как правило:
а) снижается
б) не изменяется
в) возрастает
г) подвержена колебаниям
3. К биотическому фактору относятся:
г) ни один ответ не верен.
4. Типичной структурой биоценоза является структура, состоящая из:
а) консументов и редуцентов
б) продуцентов и консументов
в) продуцентов, консументов и редуцентов
г) возможны разные варианты.
5. Саморегуляция в биоценозе направлена на:
а) уменьшение видового состава
б) возвращение к норме,
в) увеличение видового состава
г) верны все ответы.
6. Наиболее вредное воздействие на живые организмы может оказывать:
а) инфракрасное излучение
б) излучение в сине-зеленой части спектра
в) излучение в желто-красной части спектра
г) ультрафиолетовое излучение.
7. К автотрофным организмам относятся:
а) консументы
б) редуценты
в) хищники,
г) ни один из ответов не верен.
8. Агроценоз отличается от естественного биогеоценоза:
а) меньшим количеством популяций
б) необходимым количеством дополнительных затрат энергии,
в) преобладанием искусственного отбора,
г) верны все ответы.
Задание № 3.
Используя информацию в двух строках, подбери пару, которая будет правильным ответом:
1. Где и в каком году на международной конференции была принята конвенция о
биологическом разнообразии
а) 1972; б) 1982; в) 1992; г) 1995
1) Вене; 2)Рио-де-Жанейро; 3) Бухарест; 4) Хельсинки
2. Из терминов и предложений составьте пары таким образом, чтобы получились правильные определения, раскрывающие смысл терминов:
а) находящийся под угрозой полного вымирания вид, численность сохранившихся особей которого недостаточна для самоподдерживания популяций в естественных условиях;
б) морфофизиологические и/или поведенческие особенности которого не соответствуют современным условиям среды жизни;
в) вид, обитающий только в денном регионе и не живущий в других;
г) морфофизиологические и/или поведенческие особенности которого включают его
представителей в хозяйственный оборот.
Термины: 1. Вымирающий вид. 2. Эндемический вид. 3.Эксплуатируемый вид. 4.Исчезающий вид.
Задание № 4.
По заданной специализации отобрать из перечисленных нужные признаки, составив портрет «едока» и назвав его. Зверь, питающийся рыбой:
1. Небольшое округлое тело.
2. Длинный мохнатый хвост.
3. Хвост короткий.
4. Хвоста нет.
5. Массивное обтекаемое тело.
6. Длинная шея
7. Короткая шея.
8. Шеи нет совсем.
9. Густой блестящий мех.
10. Длинные косматые волосы.
11. Волос на теле нет.
12. Широкая беззубая пасть
13. Рост не большой.
14. Мощные клыки.
15. Длинные хватательные конечности.
16.Конечности - ласты.
17. Задних конечностей нет.
18. Двулопастный хвост.
19. Острые кривые когти.
20. Когти небольшие тупые.
21. Когтей нет.
22. Кожа жесткая, грубая.
23. Кожа рыхлая, мягкая.
24. Под кожей слой жира.
25. Небольшая голова.
26. Очень крупная голова.
27. Между пальцами плавательные перепонки.
28. Крупные уши
(2 варианта ответов).
Задание № 5.
Назовите основные искусственные источники загрязнения атмосферы.
Задание № 6.
Назовите особо охраняемые территории Прибайкалья, когда они основаны и их площадь?
Задание № 7.
Какой вред приносит Байкалу неограниченный туризм?
Задание № 8.
Какой вид бизнеса не загрязняет озеро Байкал?
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ
Муниципальный этап
(уч. год)
9 КЛАСС
ОТВЕТЫ
Максимальный балл - 41 или 43 балла, в зависимости от 2-го варианта задания № 4.
Задание № 1 (7 баллов)
1в; 2в; За; 4а; 5г; б в; 7в. Каждое задание 1 балл.
Задание № 2 (8 баллов)
16, 2в, Зг, 4в, 56, 6а, б,.г, 7г, 8г. Каждое задание 1 балл.
Задание № 3 (5 баллов)
1)а; 2); 2 - а(4; 2- б)1; 2- в)2; 2- г)3.
Каждое задание - 1 балл.
Задание № 4 1 вариант – 7 баллов
2 вариант - 9 баллов
Зверь, питающийся рыбой - 3,7,9,13,14,20,2 (норка) .
2-й вариант -1,4,7,11,13,14,16,22,24 (нерпа) .
Задание № 5 (5 баллов)
Основными источниками искусственного (антропогенного) загрязнения
являются: промышленные предприятия (1 б) транспорт (1б) теплоэнергетика
Задание № 6 (5 баллов)
К особо охраняемым территориям Прибайкалья относят:
1. Прибайкальский национальный парк (ПНП), основан в 1986 г., площадь 418 тыс. га.
2. Забайкальский национальный парк, основан в 1987 г., площадь 307 тыс. га.
3. Баргузинский заповедник, основан в 1916 г., площадь 248 тыс. га.
4. Байкало-Ленский заповедник, основан в 1987 г., площадь 659 тыс. га.
5. Байкальский заповедник, основан в 1969 г., площадь 165 тыс. га
Задание № 7 (2 балла)
1. Воздействие на растительный покров и почву (вытаптывание растительного покрова, использование территории для размещения палаток, мест отдыха);
2. Загрязнение территории и воды озера:
· органическое вещество (пищевые отходы, фекалии);
· металлическая тара для консервных продуктов (железо, олово);
· стеклянная тара;
16. Современные достижения науки позволяют создать абсолютно безотходные технологии
17. Пространственное распределение организмов свидетельствует об экологических взаимодействиях между особями.
Задание №5
а) две популяции имеют совершенно одинаковое количество особей, но одна занимает гектар, а другая расположилась на площади в 5 гектаров. Как называется численность организмов на единицу площади или объема?
б) две популяции занимают одну и ту же территорию и входят в состав одного сообщества. Как называется в экологии такое явление?
Задание №6
По данной специализации отобрать из перечисленных нужные признаки, составив портрет «едока» и назвав его (два варианта ответов).
Зверь, питающийся рыбой:
1. Небольшое округлое тело; 2. Длинный мохнатый хвост; 3. Хвост короткий; 4. Хвоста нет
5. Массивное обтекаемое тело; 6. Длинная шея; 7. Короткая шея; 8. Шеи нет совсем; 9. Густой блестящий мех; 10. Длинные мохнатые волосы; 11. Волос на теле нет; 12. Широкая беззубая пасть; 13. Рот небольшой; 14. Мощные клыки; 15. Длинные хватательные конечности; 16. Конечности – ласты; 17. Задних конечностей нет; 18. Двулопастный хвост; 19. Острые кривые когти; 20. Когти небольшие тупые; 21. Когтей нет; 22. Кожа жесткая, грубая; 23. Кожа рыхлая, мягкая; 24. Под кожей слой жира; 25. Небольшая голова; 26. Очень крупная голова; 27. Между пальцами плавательные перепонки; 28. Крупные уши.
Задание №7
Особо охраняемые животные, класс птиц, млекопитающих Прибайкалья?
Задание №8
Какое количество отходов оставят отдыхающие в одной байкальской бухте за летний сезон при условии, если:
- количество туристов в бухте равно 100 человек; время пребывания туристов составит 60 дней; в среднем, в сутки на одного человека приходится:
в) пластиковая тара – 5 г.
д) зубная паста – 0,5 г.
ж) фекалии – 400 г.
Задание №9
Важнейшие законодательные документы, касающиеся охраны озера Байкал?
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ
(уч. год)
О Т В Е Т Ы
10 КЛАСС
Всего: 74 балла (1 вариант) 76 балл (2 вариант, задание №6)
ЗАДАНИЕ № 1 (12 БАЛЛОВ)
1а, 2а, 3б, 4г, 5г, 6а, 7б, 8в, 9а, 10б, 11а, 12б
ЗАДАНИЕ № 2 (7 БАЛЛОВ)
1в, 2в, 3а, 4а, 5г, 6в, 7в.
ЗАДАНИЕ № 3 (5 БАЛЛОВ)
1-2а), 2-2б), 2-2в), 2-3г)
ЗАДАНИЕ № 4 (8 БАЛЛОВ)
1, 2, 4, 6, 9, 13, 17
ЗАДАНИЕ № 5 (5 БАЛЛОВ)
а) Плотность популяции - 2б
б) Симпатрия - зб
ЗАДАНИЕ № 6 (1 вариант - 7 баллов, 2 вариант - 9 баллов, каждый признак - 1 балл).
1 ВАРИАНТ - 3. 7, 9, 13, 14, 20, 27 - Н О Р К А.
2 ВАРИАНТ - 1, 4, 7, 11, 13, 14, 16, 22, 24 - Н Е Р П А.
ЗАДАНИЕ № 7 (20 БАЛЛОВ)
К таким видам относятся: Снежный баран, Хорь светлый, Черношапочный сурок, Речная выдра, все рукокрылые (летучие мыши).
Из птиц: большой баклан, черный аист, гусь сухонос, скопа, степной орел, орел-беркут, орлан-долгохвост, орлан-белохвост, сокол-сапсан, черный журавль, журавль-красавка, дрофа, клушница, овсянка Годлевского.
ЗАДАНИЕ № 8 (7 БАЛЛОВ)
К= (N×M×В):1000, где
К – количество отходов за время пребывания, г/чел. сут;
N – количество отдыхающих;
M – время пребывания, дни;
ЗАДАНИЕ № 9 (3 БАЛЛА)
Федеральный Закон об охране озере айкал, принят в 1999 г. Нормы допустимых воздействий на экологическую систему озера Байкал. Были приняты в 1987 г., в настоящее время этот документ перерабатывается в соответствии с современными требованиями.
Постановление Правительства Российской Федерации, г. Москва «Об утверждении перечня видов деятельности , запрещенных в центральной экологической Зоне Байкальской природной территории». В этом постановлении на побережье айкала запрещается развивать металлургическую, химическую, целлюлозно-бумажную, микробиологическую, топливно-энергетическую промышленность .
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ (Муниципальный этап)
(уч. год)
11 КЛАСС
ЗАДАНИЕ № 1. Выберите правильный ответ и обведите кружочком.
1. Укажите название внешнего слоя земного шара
а) геосфера;
б)тропосфера;
в)литосфера;
г) ионосфера;
д) ноосфера
2. Укажите название линий, соединяющих на климатических картах точки с одинаковым атмосферным давлением
а) изоанты;
б) изобары;
в) изобаты;
г) изогиеты;
д) изотермы
3. Укажите название науки, в которой изучается живое вещество на клеточном уровне
б) генетики;
в) геронтология;
4. Укажите название объектов, которые вместе с растениями принимают участие в создании первичной продукции экосистемы
б) микроорганизмы;
в) насекомые;
д) животные
5. Укажите название органоидов клеток зеленых листьев, в которых происходит фотосинтез
а) митохондрии;
б) рибосомы;
в) полисомы;
г) хромосомы;
д) хлоропласты
6. Укажите название организмов, которые не являются гетеротрофами
а) дробянки;
в) животные;
г) человек.
7. Укажите вид энергии, который используют растения в процессе фотосинтеза
а) тепловая;
б) химических связей;
в) биологическая;
г) активная;
д) солнечная.
8. Укажите название процесса удвоения молекул ДНК
а) репликация;
б) транскрипция;
в) трансляция;
г) транслитерация;
д) дублирование.
9. Укажите название газа, который разрушает озон
в) пропан;
д) углекислый газ.
10. Определите, какой из перечисленных газов накапливается в нижних этажах здания
а) диоксид углерода;
б) оксид углерода;
11. Какие из признаков человека наследуются
б) мышление;
12. Какой абиотический фактор оказался в процессе эволюции главным регулятором и сигналом сезонных явлений в жизни растений и животных
а) температура;
б) продолжительность дня и ночи;
в) количество пищи;
г) количество осадков.
13. Известно. Что условия обитания определяют и видовой состав растений, и их фенотип, физические особенности. Почему альпийские растения низкорослые?
а) колебания температуры воздуха проявляются над землей в меньшей степени
б) недостаточно питательных веществ
в) недостаток воды
г) короткий период теплового времени.
ЗАДАНИЕ № 2 Выбери один правильный ответ из четырех предложенных:
1. Ионы какого элемента, применяемого для производства труб, красок, автомобильного топлива, отличаются высокой токсичностью, вызывают анемию , почечную недостаточность, заболевания легких, заменяют ионы кальция в костях:
б) свинец;
г) кобальт
2. Явление индустриального меланизма характерно для:
а) уссурийских тигров;
б) домовых воробьев в районе Кузбасса;
в) некоторых видов термитов в промышленных городах;
г) бабочек пядениц в окрестностях Манчестера.
3. Вымывание из почв подсоленными водами органических веществ и минеральных элементов называется
а) гумификацией;
б) заболачиванием;
в) минерализацией;
г) выщелачиванием.
4. Как называется раздел экологической медицины, занимающейся ранней диагностикой заболеваний, вызванных промышленным загрязнением
5. Какой элемент, используемый при приготовлении пестицидов, моющих средств и лекарственных препаратов при попадании в кровь вызывает почечную недостаточность, рак легких и кожи, приводит к умственным расстройствам
а) мышьяк;
б) марганец;
в) железо;
6. Озоновый слой атмосферы, разрушается под действием
а) жесткой солнечной радиации;
б) хлорфторорганических соединений;
в) углекислого газа.
7. При каком содержании в атмосфере углекислого газа отмечаются покраснения на лице, головная боль, шум в ушах, повышение кровяного давления, возбужденное состояние
а) 0. 1 %, б) 1 %, в) 4 %, г) 8 %.
ЗАДАНИЕ № 3
«Вставь пропущенное слово». Впишите нужное слово (термин, фамилию, название города и др.), исходя из содержания вопроса
1. Химические соединения, понижающие поверхностное натяжение воды и используемые в качестве моющих средств и амульгаторов называются...
2. Метод, широко используемый в промышленном производстве для выращивания в искусственных условиях цветов, овощей, зеленой массы, лекарственных растений называется...
3. Результат необратимых изменений, полностью разрушающих структуру ландшафта и его способность выполнять ресурсо-и средовоспроизводящие функции называется...
4. Способность растений сохранять свою жизнеспособность при относительно больших концентрациях токсичных газов в окружающей среде называется...
5. Исчезновение леса с определенной территории в результате естественных причин или антропогенных факторов называется...
ЗАДАНИЕ № 4.
Какие Вам известны способы азотфиксации?
ЗАДАНИЕ № 5. Выберите один правильный ответ из четырех предложенных.
1. Перенос животными других животных называется:
а) форезией;
б) зоохорией;
в) симбиозом;
г) зооценозом
2. К числу видов. Встречающихся в экосистемах тундры нельзя отнести
а)карликовую березу (ерник);
б) голубику;
в) морошку;
г) волчье лыко.
3. К числу видов встречающихся в экосистемах тундры, относятся
а) можжевельник обыкновенный;
б) вероника;
в) багульник;
4. Урожай лимитируется количеством тепла
а) в зоне сухих субтропиков;
б) в зоне тундры;
в) в лесной зоне;
г) в прибрежной зоне
5. Почвенные мхи елового леса относятся к экологической группе
а) гелиофитов;
б) хамефитов;
в) сциофитов;
г) терофитов.
6. Какой тип почв характерен для экосистем таежных лесов
а) торфяник;
б) серые почвы;
в) подзолистые почвы;
г) каштановые почвы
7. Укажите термин, который выпадает из предложенного ряда
а) консумент;
б) доминант;
в) редуцент;
г) продуцент.
8. Какой ученый обосновал закон толерантности
а) Г. Зюсс;
б) А. Тэнсли;
в) В. Шелфорд;
ЗАДАНИЕ № 6. Из предложенных признаков «соберите» животного - «специалиста», отбросив неподходящие позиции и назвав его (2 ВАРИАНТА) Хищная птица питается рыбой
1. Ноги длинные
2. Когти небольшие, прямые
3. Длинный клюв загнут на конце
4. Клюв прямой, острый
5. Подклювье с кожистым мешком
6. Оперенье плотное
7. Оперенье рыхлое
8. Хвост длинный
9. Пальцы соеденены перепонкой
10. Пальцы свободные
11. Хвост короткий
12. Птица небольшая
13. Очень крупная птица
14. Крылья короткие, округлые
15. Крылья широкие, длинные.
ЗАДАНИЕ № 7.
Назовите особо охраняемые растения, обитающие на берегах Байкала и его предгорьях?
ЗАДАНИЕ № 8.
Какое количество отходов оставят отдыхающие на Байкале за год, если каждый год на Байкал в среднем приезжает около 60 тысяч отдыхающих, в среднем, на 5 дней, если в сутки в среднем на человека приходится:
а) металлическая тара – 1 банка весом около 50 г.
б) стеклянная тара – 100 г. (вес 1 стеклянной бутылки емкостью 0,5 л. равен 400 г.)
в) пластиковая тара – 5 г.
г) синтетические моющие средства (СМС) – 0,5 г.
д) зубная паста – 0,5 г.
е) пищевые отходы (остатки продуктов, очистки и т. п.) – 50 г.
ж) фекалии – 400 г.
ЗАДАНИЕ № 9.
Что на Ваш взгляд, нужно сделать для защиты Байкала и его сохранения для будущих поколений?
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ
(уч. год)
11 КЛАСС
Всего: 74 балла (1 вариант) 81 балл (2 вариант, задание №6)
О Т В Е Т Ы
Задание № 1 1в, 2б. 3а, 4б, 5д, 6а, 7д, 8а, 9г, 10в, 11в, 12б, 13а. (13 баллов)
Задание № 2 1б, 2г, 3г, 4в, 5а, 6б, 7в. (7 баллов)
Задание № 3 1 – детергент 2 – гидропоника 3 – деградация 4 – газоустойчивость 5 - обезлесивание (5 баллов)
Задание № 4 биологическая фиксация - 1 б; клубеньковые бактерии - 1 б;цианобактерии сине-зеленых водорослей - 1 б; вулканизм, ионизация - 1 б; фиксация в атмосфере при электрических разрядах - 1 б; промышленная фиксация - 1 б (6 баллов)
Задание № 5 1а, 2г, 3б, 4б, 5в, 6в, 7б, 8в. (8 баллов)
Задание № 6 (7 баллов + 7 баллов)
(первый вариант) - 1, 4, 6, 8, 9, 12, 14 (ц а п л я)
Хищная птица питается р ы б о й
(второй вариант) - 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15. (п е л и к а н)
Задание № баллов)
Особо охраняемыми растениями являются эндемичные виды: Тридактилина Кириллова, Бородиния тилинга, Астрагал ольхонский, Копеечник зундукский, Касатик (Ирис) тигровый, Венерин башмачок, Ятрышник шлемоносный, Надбородник безлистный, Луговик Турчанинова, Овсяница баргузинская, Ветреница байкальская, Орехокрыльник монгольский, Фиалка надрезанная, Шлемник байкальский.
Задание № 8 (7 баллов)
Расчеты производятся по формуле:
К= (N×M×В):1000, где
К – количество отходов за год, кг;
N – количество отдыхающих;
M – время пребывания, дни;
В – количество отходов на одного человека в сутки, кг/чел. сут.
Задание № 9 (7 баллов)
Ответы могут быть различными:
- соблюдать выполнение Законе о охране Бйкала; развивать экологически-ориентированные виды бизнеса на Байкале (экологический туризм, пищевая промышленность , бутылирование байкальской воды и др. , а так же систему управления отходами) решить вопрос о перепрофилировании БЦБК усилить государственные службы по охране озера Байкал, усилить борьбу с браконьерским выловом омуля и отстрелом нерпы усилить финансирование национальных парков и заповедников на Байкале создать общественную службу по охране озера Байкал развивать систему непрерывного экологического образования населения.
Потоки энергии и вещества, связывающие живые организмы друг с другом и со средой их обитания, обеспечивают целостность биогеоценозов. Способность организмов к размножению, наличие в среде пищи и энергии, необходимых для роста, развития и размножения, обусловливают самовоспроизводство биогеоценозов.
Биогеоценозы находятся в состоянии динамического равновесия и проявляют устойчивость, т.е. выдерживают изменения, создаваемые внешними воздействиями. Устойчивость биогеоценоза зависит от многообразия входящих в него видов, тесно связанных между собой различными формами взаимоотношений и эволюционно приспособленных к совместному обитанию. Богатый видовой состав экосистемы обеспечивает разветвленный характер цепей питания и наиболее полный круговорот веществ.
Численность особей в биогеоценозах саморегулируется: возрастание количества хищников приводит к снижению численности жертв. Снижение численности жертв ведет к замедлению размножения хищников, и количество хищника и жертвы возвращается к нормальному исходному соотношению. Та же зависимость проявляется при взаимодействии в звене паразит-хозяин. Если по каким-то причинам один из компонентов пищевых цепей исчезает, виды, питавшиеся в основном исчезнувшим видом, начинают поедать в большом количестве ту пищу, которая раньше была для них второстепенной. Вследствие подобной замены пищи численность видов-потребителей сохраняется.
В биогеоценозе осуществляется круговорот вещества и энергии на занимаемой им территории. Зеленые растения, используя солнечную энергию и потребляя необходимые питательные вещества, создают биомассу, в процессе фотосинтеза и дыхания поддерживают баланс кислорода и углекислого газа в воздухе, а благодаря транспирации участвуют в круговороте воды.
За счет биомассы, синтезированной аутотрофными организмами, существуют гетеротрофы. Отмершие организмы и их части служат пищей животным-сапрофитам и микроорганизмам (грибам, бактериям), минерализирующим их. С их деятельностью связана биогенная миграция азота, фосфора, калия, кальция и других элементов, попадающих в почву и используемых из нее растениями.
В связи с тем, что агроценозы включают в себя небольшое число видов, саморегуляция в них осуществляется слабо. Это требует активной заботы о них со стороны человека.
Для борьбы с сорняками и вредителями применяют химические средства защиты (гербициды, инсектициды). Однако химикаты влияют не только на сорняки и вредителей, но и на другие растения и животных. Не безразличны они и для здоровья человека.
Интенсивная обработка почвы приводит к разрушению ее структуры. В природных биогеоценозах отмершие организмы разлагаются на месте, а минеральные и органические вещества, входящие в их состав, возвращаются в почву. В агроценозах урожай убирается, почва обедняется. Для ее обогащения используются удобрения, не всегда безразличные для окружающей среды.
Например, вымываемые атмосферными водами удобрения попадают в открытые водоемы, способствуют интенсивному развитию синезеленых водорослей, а в дальнейшем массовая гибель и разложение этих водорослей делают этот водоем отравленным, непригодным для существования других организмов.
Для предотвращения нежелательных последствий хозяйственной деятельности разработан ряд мероприятий: соблюдение севооборотов, выращивание многолетних кормовых трав, применение безотвальной вспашки, выведение сортов, устойчивых к вредителям и болезням, применение биологических средств борьбы с вредителями, сорняками. Комплексное использование этих средств гарантирует высокие урожаи без нанесения ущерба окружающей среде.
Общее представление о структуре экологической системы было изложено при характеристике уровней организации жизни (глава 2) и глобального круговорота веществ и энергии (глава 3). Напомним, что полноценная экосистема представляет собой биогеоценоз – неразрывное единство биоценоза и абиотической окружающей среды. Биоценоз – это сложное сообщество из популяций организмов разных видов и разных трофических групп: животных, растений, грибов, микроорганизмов, населяющих определенный ареал. При этом популяцией обозначают совокупность особей одного вида, обитающих на данном ареале. Вся сумма факторов неживой среды (почва, воздух, вода, освещенность и др.) определяет свойства биотопа – места обитания данного биоценоза.
Находясь под действием разнообразных экологических факторов, хорошо сбалансированный по составу биоценоз, тем не менее, саморегулируется и поддерживает внутреннее постоянство – гомеостаз . Состояние гомеостаза проявляется в том, что 1) организмы нормально размножаются ; 2) несмотря на высокую естественную смертность, численность различных популяций в сообществе поддерживается на определенных уровнях , хотя и в колебательном режиме; 3) биоценоз сохраняет устойчивость и самовоспроизводится при колебаниях климатических условий .
Теперь несколько подробнее рассмотрим эти закономерности и вскроем основные механизмы экологической устойчивости.
(1) Саморегуляция в популяциях организмов
Элементарная саморегуляция осуществляется на уровне отдельных популяций конкретных видов животных, растений, грибов, бактерий. Численность популяции зависит от противодействия двух начал: биотического (репродуктивного) потенциала популяции и сопротивления среды , между которыми устанавливаются прямая и обратная связи (рис. 5.5). Поясним это конкретным примером. Когда европейцы завезли в Австралию кроликов, последние, не встретив хищников, быстро расселялись по богатым растительностью территориям, их численность быстро возрастала. Этому способствовал высокий биотический потенциал (плодовитость) кроликов. Но вскоре пищи стало не хватать, возник голод, распространились болезни, и численность кроликов пошла на убыль. Сработал фактор сопротивления среды , который и выступил в качестве отрицательной обратной связи . Пока популяция кроликов пребывала в угнетенном состоянии, среда (растительность) восстановилась, и процесс пошел на новую волну. Через несколько циклов амплитуда колебаний численности кроликов сократилась и установилась некоторая средняя плотность популяции.
Рис. 5.5. Саморегуляция численности особей в популяции
Кроме действия среды, численность популяции саморегулируется поведением ее членов . Например, у многих грызунов в перенаселенной популяции повышается агрессивность особей, возникает каннибализм (взрослые особи поедают детенышей), что тормозит дальнейший рост численности. Происходят изменения в гормональной регуляции размножения, уменьшается рождаемость и увеличивается смертность. В основе этих регуляторных механизмов лежит физиологическая реакция стресса, управляемая выделением адреналина (см. предыдущий раздел). Так механизмы саморегуляции отдельных организмов согласуются с механизмами саморегуляции популяций.
(2) Саморегуляция в биоценозе
Сложнее организована саморегуляция в биоценозе , так как он состоит из нескольких взаимодействующих сообществ животных, растений, грибов, микробов, составленных многочисленными популяциями разных видов. Все эти популяции взаимодействуют на основе многочисленных прямых и обратных связей.
Прежде всего, важны трофические (пищевые) связи , которые выстраиваются в несколько уровней. Как мы выяснили ранее, по характеру пищевых отношений все организмы делятся на три большие группы, три трофических уровня: продуценты, консументы и редуценты (раздел 3.4, рис. 3.4). Пути передачи вещества и энергии через пищевые отношения организмов обозначаются как цепи питания, или пищевые цепи . Эти цепи имеют одностороннюю направленность: от автотрофной биомассы продуцентов, в основном зеленых растений, к гетеротрофным консументам и далее к редуцентам.
Цепи питания имеют разную сложность. Число звеньев в каждом из трех уровней может быть различным, а во многих случаях цепь образована лишь двумя уровнями – продуцентами и редуцентами. Двухуровневая цепь составляет основу оборота живой материи в лесу: древесина и листовой опад (вещество продуцентов) потребляются и перерабатываются в основном редуцентами – грибами, бактериями, некоторыми червями и насекомыми. Длинная цепь: растения – травоядные насекомые (саранча, личинки бабочек – гусеницы и др.) – хищные насекомые (многие жужелицы, стрекозы, клопы, личинки ос и др.) – насекомоядные птицы (ласточки, мухоловки и др.) – хищные птицы (орел, коршун и др.) – насекомые сапрофаги и некрофаги, черви, бактерии. Сложные пищевые цепи складываются в морских экосистемах (рис. 5.6).
Рис. 5.6. Пищевые цепи в морской экосистеме
В любой пищевой цепи возможны ответвления и запасные пути. Если какое-то звено выпадает, поток вещества идет по другим каналам. Например, выпадение личинок стрекоз компенсируется водными клопами – те и другие водные хищники. Если исчезает основной вид пищевой растительности, травоядные животные переходят на второстепенные корма. Особенно большую путаницу в пищевые цепи вносят всеядные животные и, конечно, человек, так как они “встраиваются” в цепи в самых разных звеньях. Так что на самом деле существуют не цепи, а пищевые сети – каждый трофический уровень образован многими видами. Такое положение стабилизирует потоки вещества и энергии через живые сообщества, увеличивает устойчивость биоценозов . Тем не менее общее направление трофического потока неизменное: продуценты – консументы нескольких порядков – редуценты.
Теперь сформулируем главную мысль настоящего раздела: пищевая пирамида экосистемы осуществляет саморегуляцию , т.е. сохраняет внутренний, экосистемный гомеостаз . Оптимальные численность и пропорция разных обитателей биоценоза устанавливаются сами по себе, в результате процессов саморегуляции. Во всех популяциях, на всех трофических уровнях всегда происходит колебание численности особей , причем колебания на низшем уровне неизменно ведут к колебаниям на следующем уровне, но в целом на значительном протяжении времени система поддерживает равновесное состояние.
Рис. 5.7. Саморегуляция биоценоза на основе пищевых связей
На рис. 5.7 приведен пример саморегулирующегося биоценоза. В зависимости от колебаний погодно-климатических условий (солнечная активность, количество осадков и др.) год от года варьирует урожай кормовых растений – продуцентов. Вслед за ростом зеленой биомассы увеличивается численность травоядных животных – консументов первого порядка (прямая положительная связь), но уже на следующий год это отрицательно скажется на урожае растений, так как большинство из них не успеет дать семена, поскольку будет съедено (обратная отрицательная связь). В свою очередь, увеличение числа травоядных создаст условия для хорошего питания и размножения хищников – консументов второго порядка, их численность начнет возрастать (прямая положительная связь). Но следом пойдет на убыль численность травоядных (обратная отрицательная связь). К этому времени в почве за счет активности различных редуцентов начнут разлагаться до минеральных веществ останки корней и травяной опад от первой волны урожая, а также трупы и экскременты животных, что создаст благоприятные условия для роста растений. Начнется вторая волна урожая, и цикл повторится. Год от года численность популяций организмов на разных трофических уровнях будет варьировать, но в среднем на протяжении многих лет биоценоз будет сохранять устойчивое состояние. Это и есть экологический гомеостаз.
(3) Устойчивое развитие экологических систем
Как отмечено вначале, биоценоз должен не просто саморегулироваться (судя по приведенной схеме, это не так уж и сложно), но он должен иметь устойчивость к изменениям внешних (абиотических, погодно-климатических) факторов , так сказать, запас прочности на случай временных неблагоприятных условий среды или даже долгосрочного направленного изменения климата. Поддержанию высокой устойчивости биоценоза будет способствовать ряд условий: 1) высокий, но сбалансированный репродуктивный потенциал отдельных популяций – на случай массовой гибели особей; 2) адаптации (приспособления) отдельных видов к переживанию неблагоприятных условий; 3) максимальное разнообразие сообществ и разветвленные пищевые сети: исчезнувший объект должен заменяться другим, в норме – второстепенным.
Фактически процессы накопления в биоценозе индивидуальных и видовых адаптаций, перестройки в пищевых сетях, т.е. замены одних видов на другие, способствующие длительному выживанию сообщества, составляют в совокупности экологический гомеокинез – адаптивную перестройку к новым гомеостатическим состояниям. Как помним, гомеокинез – это уже не устойчивость, а развитие . Тогда весь процесс достаточно длительного существования биогеоценоза, сочетающий гомеостатические и гомеокинетические фазы, следует назвать устойчивым развитием . Устойчивое развитие экосистемы характеризуется ее самовоспроизведением , саморегуляцией видового состава и численности особей, динамической устойчивостью к изменению климатических факторов .
Но процесс устойчивого развития экосистемы может быть нарушен . Наиболее типичны два сценария. В естественных условиях биоценоз практически разрушается при сильных, катастрофических изменениях внешней среды (пожары, наводнения, продолжительные засухи, оледенения и другие природные катаклизмы). Кроме того, биоценоз существенно меняет свой облик при резких изменениях состава сообществ (обычно человеком), например в результате массового отстрела хищников, заселения новых видов, как было с кроликами или овцами в Австралии, вырубки лесов, распашки степей под монокультуру, осушения болот и т.д. Такие катастрофические события приводят к гибели значительной части населения биоценоза, полному исчезновению отдельных видов, разрушению пищевых связей и, естественно, прерывают состояние устойчивого развития. Биоценоз в его прежнем составе перестает существовать.
В дальнейшем происходит поэтапная смена состава экосистемы, ее переход в новое качество , что означает формирование нового биоценоза , новый цикл в направлении устойчивого развития. Такой «экологический ренессанс» называется сукцессией (лат. successio – преемственность), так как заселение новых видов идет преемственно, от низших форм (бактерий, низших грибов, водорослей) к все более сложным (мхи и лишайники, далее травы, черви и насекомые, кустарники и т.д.). На старом месте формируются новые сообщества организмов, с новыми пищевыми связями. Процесс смены экосистемы и ее развития к новому состоянию устойчивости происходит не только поэтапно, но и очень медленно – в зависимости от степени разрушения, от десятилетий до нескольких тысяч лет.
Таким образом, несмотря на саморегуляцию в экологических системах, природа закономерно и необратимо изменяется . Это естественный биогеохимический процесс, идущий независимо от воли и деятельности человека. Когда он протекает без резких отклонений, говорят об устойчивом развитии экосистем. В этом определении отражено единство противоположностей: устойчивость, гомеостаз, с одной стороны, и развитие, необратимое изменение – с другой. Нарушение устойчивого развития означает наступление экологического кризиса или катастрофы . В последние 30 тыс. лет экологические кризисы неоднократно происходили по вине человека. Причины и пути преодоления антропогенных кризисов мы рассмотрим в главе 8.
Подведем общий итог проблемы саморегуляции и устойчивого развития.
Саморегуляция и поддержание гомеостаза– обязательное свойство живых систем любого уровня сложности . Регулируется и поддерживается относительное постоянство физико-химических параметров клетки. Сохраняется в пределах физиологической нормы состояние тканей и органов многоклеточного организма. Воспроизводятся состав и численность живых сообществ в биоценозах. В основе поддержания гомеостаза лежит универсальный принцип отрицательной обратной связи .
При избыточных (критических, но не катастрофических) воздействиях внешних факторов на систему механизмы ее саморегуляции дополняются адаптивными перестройками, происходит гомеокинез – переход к достижению нового уровня гомеостаза . Даже в нормальных условиях живые системы изменяются направленно и необратимо в ходе индивидуального и исторического развития, реализуя генетические и эпигенетические “установки”, используя механизмы самоорганизации. По своей сущности развитие – процесс, противоположный саморегуляции, так как он происходит на основе положительных обратных связей . Устойчивость, неизменность биосистем, с одной стороны, и их постепенное изменение, развитие – с другой, представляют диалектическое единство противоположностей, что выражается понятием устойчивое развитие . При естественном и сбалансированном течении этих процессов клетки нормально функционируют на протяжении всей жизни организма, человек в здравии и уме доживает до 100 лет, биосфера Земли сохраняет перспективу жизнеспособности на миллионы лет.
Вместе с тем клетки не только делятся, развиваются и работают, но в итоге они и умирают. Организмы тоже стареют и умирают. Биоценозы разрушаются и подвергаются сукцессиям, а в итоге погибнут вследствие остывания Земли и Солнца. Эти изменения обычно происходят в череде кризисов и катастроф . Они неизбежны, как неизбежна эволюция Вселенной.
Понятно, что продлить жизнь человека или биоценоза, как и всей Биосферы, можно в форме устойчивого развития , за счет максимально возможного продления гомеостатических состояний и надежности гомеокинетических механизмов. Для этого необходимы не только совершенные механизмы саморегуляции систем, но и относительно стабильные условия внешней среды. В определенной мере эти условия подконтрольны человеку, а значит, и его будущее находится в его собственных руках.
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
САМОРЕГУЛЯЦИЯ В ЭКОСИСТЕМАХ
Общее представление о структуре экологической системы было изложено при характеристике уровней организации жизни (тема 1). Напомним, что полноценная экосистема представляет из себя биогеоценоз - неразрывное единство биоценоза и биотопа. Биоценоз - это сложное сообщество из популяций организмов разных видов - животных, растений, грибов, микроорганизмов, населяющих определенный ареал. При этом популяцией обозначают совокупность особей одного вида, обитающих на данном ареале. Биотопом называют всю совокупность факторов неживой среды, ареала, на котором обитает данный биоценоз.
Итак: биоценоз + биотоп = биогеоценоз (экосистема).
Прежде чем рассматривать механизмы саморегуляции в экосистемах, надо дать характеристику экологических факторов, без чего не возможно понять сути внутрисистемных экологических отношений.
Все условия среды, включая живые и неживые объекты, от которых зависит жизнь отдельного организма или популяции, обозначаются понятием экологические факторы. Для конкретных популяций разные факторы могут быть необходимыми, вредными, безразличными (нейтральными). Экологические факторы делят на абиотические и биотические. Кроме того, в особую группу выделяют антропогенные факторы, порожденные производственной деятельностью человека.
Абиотические факторы - факторы неживой природы, в основном климатические. Сюда относятся свет, тепло ("температура"), влажность, содержание в почве химических элементов, соленость морской воды, уровень радиации и др.
1. Конкуренция - за среду обитания, пищу, свет, половых партнеров и другие условия. Конкуренция может быть внутривидовой - между особями одного вида и межвидовой - между особями разных видов животных или растений, обитающих на одном ареале и требующих одинаковых условий жизни. Конкуренция - обязательная форма отношений у рядом проживающих организмов и составляет одну из форм борьбы за существование.
2. Хищничество - это способ добывания пищи и питания животных (редко - растений), при котором они ловят и поедают других животных. Жертва-хищник - одна из самых распространенных связей внутри сообщества. Внутривидовое хищничество известно как канибализм, распространено у хищных насекомых, пауков, рыб. Среди растений известны водная пузырчатка, болотные росянка, жирянка и другие, питающиеся насекомыми. Жертва захватывается быстрым смыканием листьев или лепестков, переваривается выделяемыми наружу ферментами и кислотами, и потом простые органические вещества всасываются клетками эпидермиса растения. Так пополняется недостаток азота в тканях растения.
4. Симбиоз (от греческого symbiosis - совместная жизнь) - взаимовыгодное сожительство. Примерами симбиоза являются клубеньковые бактерии и бобовые растения (бактерии получают от растения пищу, растение от бактерии - усвоенный азот), грибы и корни растений, термиты и живущие в их кишечнике жгутиковые простейшие, переваривающие клетчатку. Аналогичные отношения имеются у человека с кишечной микрофлорой - разнообразными бактериями, переваривающими определенные компоненты пищи. Нарушение этого симбиоза - дисбактериоз - ведет к расстройствам кишечника, нарушениям пищеварения.
Каждый биологический вид по каждому экологическому фактору имеет свои пределы. Бурый медведь по многим факторам имеет широкие пределы выносливости: переносит большие колебания температуры, влажности, неприхотлив в выборе пищи - всеяден. Арктические рыбы, напротив, имеют очень узкие температурные пределы - от -2 до +2 градусов Цельсия. Среди растений есть светолюбивые, световыносливые и тенелюбивые.
Выяснив природу экологических факторов и характер их воздействия на организмы, можно перейти к рассмотрению сути вопроса - об экологической саморегуляции.
Находясь под действием самых разнообразных экологических факторов, хорошо сбалансированный по составу биоценоз тем не менее саморегулируется и поддерживает внутреннее постоянство - гомеостаз. Состояние гомеостаза выражается в том, что:
организмы нормально размножаются, поэтому:
численность различных популяций в сообществе поддерживается на определенных уровнях, хотя и в колебательном режиме;
биоценоз сохраняет устойчивость и самовоспроизводится даже при колебаниях климатических условий.
Рассмотрим подробнее эти закономерности.
Элементарная саморегуляция осуществляется на уровне отдельных популяций конкретных видов животных, растений, грибов, бактерий. Численность популяции зависит от противодействия двух начал: репродуктивного потенциала популяции и сопротивления среды, между которыми устанавливаются прямая и обратная связи (рис. 24). Поясним это конкретным примером. Когда европейцы завезли в Австралию кроликов, последние, не встретив хищников, быстро расселялись по богатым растительностью территориям и их численность быстро возрастала. Этому способствовал высокий репродуктивный потенциал (плодовитость) кроликов. Но вскоре пищи стало не хватать, возник голод, распространились болезни - численность кроликов пошла на убыль. Сработал фактор сопротивления среды, который и выступил в качестве обратной отрицательной связи. Пока популяция кроликов пребывала в угнетенном состоянии, среда (растительность) восстановилась и процесс пошел на новую волну. Через несколько циклов амплитуда колебаний численности кроликов сократилась, и установилась некоторая средняя плотность популяции. Этот показатель обозначают в экологии как поддерживающая емкость среды.
На самом деле в биоценозе все сложнее, так как он состоит из нескольких взаимодействующих сообществ (зооценозы, фитоценозы, микробоценозы), а сообщества включают разные популяции конкретных видов. Все это взаимодействует на основе многочисленных прямых и обратных связей. Прежде всего важны трофические (пищевые) связи, которые можно определить и как энергетические, поскольку с пищей между организмами переносится энергия. По положению в пищевых отношениях все организмы делятся на три большие группы: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты - первичные производители органических веществ (прежде всего глюкозы и аминокислот) из неорганических веществ неживой природы: Н2О, СО2, NН3. Это автотрофные организмы - растения и некоторые (хемосинтетические) бактерии, использующие энергию солнечного света и хемоэнергию для первичного синтеза глюкозы (см. сегмент 13). Таким образом, внешняя энергия фиксируется для собственных потребностей продуцентов и для дальнейшего использования животными. Значительная часть энергии выводится из оборота, так как сохраняется в ископаемых остатках растительного происхождения: каменном угле (минерализованная древесина), янтарях (застывшие растительные смолы).
Консументы - потребители первичной продукции. Это животные организмы - гетеротрофы, в свою очередь выстроенные в пищевой ряд: травоядные (многие группы моллюсков, насекомых, рыб, птиц, копытные млекопитающие, грызуны), всеядные (есть в большинстве групп) и плотоядные - хищники (также имеются в разных группах беспозвоночных и позвоночных животных). Консументы поэтапно изменяют первичное органическое вещество и извлекают из него энергию. Часть этой энергии тратится на собственную жизнедеятельность, часть в виде тепла уходит во внешнюю среду, и третья часть сохраняется в мертвых остатках. Энергия, заключенная в минерализованных остатках (донные меловые отложения раковин фораминифер, моллюсков и других животных), фактически пропадает для дальнейшего использования, а энергия мягких тканей передается на следующий уровень.
Редуценты - разрушители органического вещества. Сюда относятся многие бактерии, грибы, а из животных - некоторые черви (дождевой и др.), насекомые (термиты, навозники, личинки мух) и другие. Все они гетеротрофы, так как питаются органическим, хотя и мертвым веществом - отмершими растениями, животными и продуктами их выделений. Редуценты доводят распад биомассы до неорганических веществ: Н 2 О, СО 2 , NН 3 и выделяют их во внешнюю среду - почву, воду, воздух. Перехваченная энергия используется редуцентами на их жизнедеятельность и в итоге рассеивается в разных оболочках биосферы - литосфере, гидросфере, атмосфере, а освобожденные неорганические вещества вновь поступают к продуцентам.
Таким образом, все организмы связаны переносом вещества и энергии, через них и через внешнюю среду совершается глобальный круговорот материи на Земле. Основным донором энергии для поддержания этого круговорота выступает Солнце - его световая энергия обеспечивает фотосинтез глюкозы у растений. Пути передачи вещества и энергии через пищевые отношения организмов обозначаются как цепи питания, или пищевые цепи. Эти цепи имеют одностороннюю направленность: от автотрофной биомассы продуцентов - в основном зеленых растений - к гетеротрофным консументам и далее к редуцентам. Значительная часть вещества возвращается в круговорот, но энергия, полученная от солнца, для живых организмов безвозвратно теряется, она либо аккумулируется в новых минералах почвы и донных осадков (каменные угли, мел и другие ископаемые), либо накапливается в виде тепла в оболочках Земли (разогрев атмосферы), либо рассеивается в Космос. Примеры пищевых цепей приведены на рис. 25 и 26.
Цепи питания имеют разную сложность, число звеньев в каждом из трех уровней может быть различным. Допустим, вариант короткой цепи: растения - заяц - волк - черви, бактерии. Длинная цепь: растения - травоядные насекомые (саранча, лесной клоп и др.) - хищные насекомые (жужелица, личинка стрекозы, водяной клоп и др.) - насекомоядные птицы (ласточки, мухоловки и др.) - хищные птицы (орел, коршун и др.) - черви, бактерии. Морская цепь: фитопланктон - мелкие ракообразные, черви - рыбы, питающиеся рачками и червями - хищные рыбы - хищные птицы... В любой цепи возможны многочисленные ответвления и запасные пути. Если какой-то член выпадает, поток вещества идет по другим каналам. Допустим, выпадение личинок стрекоз компенсируется водными клопами - те и другие водные хищники. Если исчезает основной вид пищевой растительности, травоядные животные переходят на второстепенные корма. Если пропадают бабочки, ласточки ловят мух. От травоядных насекомых цепь может пойти вообще по другому пути: лягушка- цапля - лиса и т. д. Особенно большую путаницу в пищевые цепи вносят всеядные животные и, конечно, человек, так как они "встраиваются" в цепи в самых разных звеньях. Так что на самом деле существуют не цепи, а пищевые сети - каждый трофический уровень образован многими видами. Такое положение стабилизирует потоки вещества и энергии через живые сообщества, увеличивает устойчивость биоценозов. Тем не менее общее направление трофического потока неизменное - продуценты - консументы нескольких порядков - редуценты.
Важно учитывать, что каждый трофический уровень передает на другой уровень энергию, заключенную в макромолекулах организмов. Причем эта энергия составляет только часть полученной от предыдущего уровня энергии, так как основная ее доля тратится на жизнедеятельность организмов данного уровня (биосинтезы, движение, транспорт ионов и др.), а так же теряется в виде тепла или построенных минералов. Эти же пропорции можно выразить и через понятие биомассы. Выстраивается так называемая экологическая пирамида - при переходе с низших трофических уровней на более высокие количество внутренней (свободной, заключенной в организмах) энергии и общая биомасса организмов уменьшаются. Подсчитано, что с уровня на уровень переходит около 10 % энергии, а от растительной массы до хищников и от них к редуцентам доходит всего 0,01 % энергии, полученной растениями от солнца. Наглядный пример пищевой пирамиды, построенной по численности обитателей на 1 гектаре земли приведен ниже:
350 тысяч хищных насекомых
700 тысяч растительноядных насекомых
9 миллионов растений.
Пищевая пирамида экосистемы, как отражение ее структуры, сохраняет саморегуляцию и устойчивое развитие. Характерная пропорция разных обитателей биоценоза устанавливается сама по себе, в результате процессов саморегуляции и отражает в целом поддерживающую емкость среды. Приведенные цифры являются средними, но реально во всех популяциях происходит колебание численности особей, причем колебания на низшем уровне неизменно ведут к таким же колебаниям на следующем уровне, а в целом система поддерживает равновесное состояние.
На рис. 27 приведен пример саморегулирующегося биоценоза из 4 трофических уровней. Проследим, как проявляются прямые и обратные связи в динамике численности организмов разных трофических уровней. В зависимости от колебаний погодно-климатических условий (солнечная активность, количество осадков и др.) год от года варьирует урожай кормовых растений - продуцентов. Вслед за ростом зеленой биомассы увеличивается численность травоядных животных - консументов первого порядка (прямая положительная связь), но уже на следующий год это отрицательно скажется на урожае растений, так как большинство из них не успеет дать семян, поскольку будет съедено (обратная отрицательная связь). В свою очередь увеличение числа травоядных создаст условия для хорошего питания и размножения хищников - консументов второго порядка, их численность начнет возрастать (прямая положительная связь). Но следом пойдет на убыль численность травоядных (обратная отрицательная связь). К этому времени в почве успеет разложиться до минеральных веществ травяной опад от первой волны урожая и экскременты травоядных животных и, в меньшей степени, хищников, что создаст благоприятные условия для роста растений. Начнется вторая волна урожая, и цикл повторится. Год от года численность особей разных трофических уровней будет варьировать, но в среднем на протяжении многих лет биоценоз будет сохранять устойчивое состояние. Это и есть гомеостаз.
Как отмечено в начале, биоценоз должен не просто саморегулироваться (судя по приведенной схеме, это не так уж и сложно), но он должен иметь устойчивость к изменениям внешних (абиотических, погодно-климатических) факторов, так сказать - запас прочности на случай неблагоприятных условий среды. Поддержанию высокой устойчивости биоценоза будет способствовать ряд условий:
высокий, но сбалансированный репродуктивный потенциал отдельных популяций - на случай массовой гибели особей;
адаптации (приспособления) отдельных видов к переживанию неблагоприятных условий;
разнообразие сообществ и разветвленные пищевые сети - исчезнувший объект должен заменяться другим, в норме второстепенным.
Таким образом, устойчивость экосистемы, ее саморегуляция, или гомеостаз, проявляется в ее самовоспроизведении, саморегуляции численности и устойчивости к экстремальным факторам среды.
Но устойчивость экосистемы относительна, не беспредельна. Она нарушается в основном в двух случаях:
при сильных изменениях внешней среды - пожары, наводнения, продолжительные засухи, оледенения и другие природные катаклизмы;
при резких изменениях состава сообществ - обычно человеком, например, в результате массового отстрела хищников, заселения новых видов, как было с кроликами в Австралии, вырубки лесов, распахивания степей и т. д.
При этом происходит смена экосистем, их переход в новое качество, что означает новый цикл развития в направлении повышения устойчивости. Идет восстановление биоценоза, но уже с новыми сообществами организмов, с новыми прямыми и обратными связями. Этот процесс смены экосистемы и ее развития к новому состоянию устойчивости происходит поэтапно и очень медленно и обозначается понятием сукцессия (от латинского successio - преемственность, наследование). Особо подчеркнем, что сукцессия представляет уже не саморегуляцию, а ее противоположность - самоорганизацию, развитие, так как при перестройке системы преобладают обратные положительные связи, вместо обратных отрицательных, и изменяются ее количественные и качественные характеристики.
Различают первичную и вторичную сукцессии.
Первичная сукцессия - самоорганизация экосистемы на свободном первичном субстрате: скальная порода, образовавшаяся в ходе геологических разломов земной коры; дно высохшего водоема, например, Аральского или Каспийского морей; пустыня, образовавшаяся после отступления ледника; пустой карьер после выработки полезных ископаемых и т. д. Ниже приведена типичная динамика первичной сукцессии.
Первичный субстрат (скала, песок, ил, щебень или др.);
выветривание, эрозия породы (разрушение под действием ветра, воды, перепада температур);
заселение бактериями, водорослями, микроскопическими грибами, что ведет к фиксации азота и формированию почвы;
поселение мхов и лишайников, увеличение слоя почвы;
поселение трав, формирование лугов и степей; одновременное заселение мелких животных - червей, насекомых, грызунов; вытеснение мхов и лишайников в результате конкуренции;
поселение кустарников, увеличение разнообразия животных (появление птиц, крупных млекопитающих);
поселение деревьев, формирование лесного многоярусного сообщества с разветвленной пищевой сетью.
Это конец развития - сформирована новая устойчивая саморегулирующаяся экосистема, с новым экологическим гомеостазом. Такое законченное, сбалансированное сообщество животных, растений, грибов, микроорганизмов называется климаксным сообществом. Однако конечный состав экосистемы зависит от географической широты, климата. Устойчивой может стать и тундра, саванна, даже пустыня - каждая со своим набором приспособленных к этим условиям организмов. На формирование первичной сукцессии обычно уходит несколько тысяч лет.
Вторичная сукцессия - процесс восстановления экосистемы после повреждений, причиненных внешним воздействием: после бури, пожара, вырубки леса, выпаса скота и т. п. Вторичные сукцессии обычно бывают неполные, упрощенные, обедненные видовым составом сообществ. Роль вторичных сукцессий возрастает с увеличение человеческого населения Земли, особенно с развитием городов, промышленного производства и интенсивного земледелия. Влияние человека на состояние экосистем стало сегодня решающим. Вторичные сукцессии развиваются в течение нескольких лет или десятилетий.
Таким образом, несмотря на саморегуляцию в экологических системах, природа закономерно и необратимо изменяется. Это естественный биогеохимический процесс, идущий независимо от воли и деятельности человека. Когда он протекает без резких отклонений, говорят об устойчивом развитии экосистем и в целом биосферы Земли. В этом определении отражено единство противоположностей: устойчивость, гомеостаз, с одной стороны, и развитие, необратимое изменение - с другой. Нарушение устойчивого развития означает наступление экологического кризиса, чреватого таким изменением биосферы, которое станет несовместимо с жизнью человечества. Основной причиной необратимых изменений биосферы в XX столетии стала хозяйственная деятельность человека. Задача науки экологии - понять движущие силы устойчивого развития, спрогнозировать экологический кризис, а задача общества - воспринять новое экологическое мышление и принять своевременные меры к недопущению кризисных состояний.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
презентация , добавлен 25.10.2013
реферат , добавлен 04.09.2009
курсовая работа , добавлен 28.03.2012
Изучение сущности биоценоза - совокупности растений, животных, грибов и микроорганизмов, совместно населяющих участок земной поверхности. Характеристика видового состава, структуры, отношений между организмами. Зооценозы Чернобыльской зоны отчуждения.
реферат , добавлен 10.11.2010
реферат , добавлен 08.07.2010
Почва как среда обитания и основные эдафические факторы, оценка ее роли и значения в жизнедеятельности живых организмов. Распределение животных в почве, отношение растений к ней. Роль микроорганизмов, растений и животных в почвообразовательных процессах.
курсовая работа , добавлен 04.02.2014
курсовая работа , добавлен 09.03.2015
реферат , добавлен 20.07.2010
курсовая работа , добавлен 19.04.2012
Основные формы взаимополезного сожительства живых организмов. Особенности кооперации, мутуализма, микориза, симбиоза, комменсализма, нахлебничества, квартиранства. Совместная эволюция видов при симбиозе. Полезность сосуществования различных организмов.