Некос В.Е. Основы общей экологии и неоэкологии - файл n1.doc

приобрести
Некос В.Е. Основы общей экологии и неоэкологии
скачать (1924.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1925kb.10.09.2012 13:31скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18
2.3. Проблемная лекция 2.2. по модулю 2 “Основы традиционной экологии”: - Теоретическая экология: Процесс фотосинтеза.
Некоторые исследователи считают, что существует целая наука о фотосинтезе. И это неудивительно, потому что продукция растительности на планете составляет от 50 до 250 млрд.сухой массы. Это отвечает приблизительно 70-365 млрд.т поглощенного углекислого газа и 50-270 млрд.т. выделенного кислорода в процессе фотосинтеза растений.

Термин "фотосинтез" принадлежит Пфефферу и появился он только в 1877 г. ,т.е. спустя 201 год после того как начались исследования этого процесса. Обозначает он "синтез на свету" или " синтез с помощью света".

Фотосинтез в общем понимании - это усвоение углекислого газа растениями и восстановление углерода до органических веществ с помощью поглощенной энергии света. Это чрезвычайно сложный процесс. Разнообразие промежуточных реакций настолько велико, что они до сих пор не раскрыты до конца. Еще не осуществлена мечта французского физика Ф.Жолио-Кюри, который утверждал, что настоящий переворот в энергетике состоится лишь тогда, когда мы сможем осуществить массовый синтез молекул хлорофилла и процесса фотосинтеза. Наряду с этим необходимо подчеркнуть, что при огромномнейшей роли фотосинтеза в образовании свободного кислорода, преобладающее количество последнего в земной атмосфере (около 99%) образуется не путем фотосинтеза. Главным источником его является разложение паров воды в верхних слоях атмосферы под действием ультрафиолетовых лучей (фотодиссоциация). Второй источник образования кислорода - из азота под действием космического излучения. Третий, менее важный путь - попадание ядер кислорода в атмосферу в виде компонентов космических лучей. Ближайшим аналогом фотосинтеза является разложение воды под действием ультрафиолетовых лучей ( в растении видимого света). Близким по природе к фотосинтезу растений в живой природе выступает хемосинтез, открытый С.М.Виноградским. Общей особенностью хемосинтеза для всех его видов является усвоение углекислоты и построение из нее органических веществ при помощи химических источников энергии. Эти процессы в отличие от фотосинтеза не зависят от наличия солнечного света.

Процесс фотосинтеза делится на 3 фазы: 1) фотофизическая - поглощение фотона света и перевод его энергии в возбужденное состояние электронов; 2) фотохимическая - переход энергии возбужденного состояния в энергию химических связей; 3)биохимическая - т.е. процессы преобразования органических веществ до образования конечных продуктов фотосинтеза. Реакции биохимической фазы происходят с участием ферментов и стимулируются температурой, поэтому эту фазу назвали термохимической. Чаще две первые фазы называют световыми, а биохимическую - темновой, потому что для нее свет уже необязателен. Более детально с процессом фотосинтеза необходимо ознакомиться по литературным источникам. Наиболее подробно весь процесс освещен в книге О.I.Мережко,I.М.Величко, "Таємниці зеленоі фабрики" К.Наукова думка, 1990. В ней детально рассматривается природа и механизмы фотосинтеза, пути его регулирования и интенсификации и т.д. Здесь отметим, что упрощенная формула фотосинтеза:

6 СО2 + 6Н2 О = С6 Н12 О6 + 6 О2

Важно знать о неэкономном расходовании в процессе фотосинтеза энергии и воды. Экспериментально установлено, что КПД фотосинтезирующей растительности (т.е. расхода энергии на синтез, биомассы к общему количеству приходящей солнечной энергии) очень невелик и обычно не превосходит 0,1-1%. В благоприятных условиях величины этого коэффициента повышается до нескольких процентов (Ничипорович, 1973).

Что касается водных ресурсов, то продуктивность транспирации (отношение прироста веса сухой биомассы растений к расходу воды на транспирацию за данный промежуток времени) обычно имеет величину от 1/200 до 1/1000 (чаще всего около 1/300). Это значит, что такая обильная транспирация не соответствует физиологическим потребностям растения и является в значительной мере бесполезным расходом воды (Максимов, 1926, 1944 и др.). Это два фундаментальных факта, указывающие на то, что в природных условиях растительный покров осваивает только незначительную часть имеющихся энергетических и водных ресурсов.

Каковы причины этого? т.е. каковы причины, которые столь существенно ограничивают использование природных ресурсов в синтезе биомассы?

Для этой цели необходимо обратиться к анализу механизма ассимиляции углекислоты и транспирации (Будыко, 1977г.).

Орган ассимиляции фотосинтезирующего растения - лист представляет собой футляр из плотной катикулярной ткани, пронизанной множеством малых отверстий - устьиц, которые могут открываться и закрываться. В этом футляре заключена весьма большая поверхность хлоропластов, содержащих зерна хлорофилла. Поверхность хлоропластов сообщается с атмосферным воздухом через межклеточники и устьица.

Весьма существенно, что для развития фотосинтеза поверхность хлоропластов должна поддерживаться в увлажненном состоянии, поскольку углекислота может ассимилировать только в виде раствора. Поэтому относительная влажность воздуха в межклеточниках велика и обычно значительно превышает относительную влажность в атмосферном воздухе.

Таким образом, диффузия углекислоты в лист с открытыми устьицами неизбежно сопровождается диффузией в обратном направлении водяного пара, т.е. транспирацией растения. Вот отсюда и такой огромный расход воды и всего другого.

Кроме этого необходима колоссальная энергия на поддержание разности температуры листа и воздуха в летних условиях. Обычно считают, что эта разность должна быть равной 5 град. Так вот при этой разности температура., а также при относительной влажности воздуха 50% и t воздуха = 20 град. получим затраты (по формулам) энергии на ассимиляцию.В средних условиях климата умеренных широт затраты могут достигать 8% радиационного баланса.

Установлено, что растения обычно используют только небольшую часть возможного диффузионного притока углекислоты (около 10%). В чем причина? В.Н.Любименко (1935) считает, что причина "не столько в малом содержании СО2 в атмосфере, сколько в недостаточно быстром темпе работы энзиматического аппарата, который управляет оттоком ассимилятов и их усвоением"(энзимы - катализаторы белковой природы, которые образуются в живых организмах. То же, что и ферменты).

Таким образом этот физический механизм ассимиляции и транспирации позволяет объяснить, почему растения так не экономно расходуют энергию и воду, т.е. фотосинтезирующую продуктивность растительности и продуктивность транспирации.

Общий вывод по механизму фотосинтеза согласнор М.И.Будыко(1977г.) Сводится к следующему:"Растительность обычно использует очень небольшую часть энергетических и водных ресурсов. Эта часть мала даже по сравнению с тем небольшим "КПД", который мог бы быть достигнут при наибольшей возможной диффузии углекислоты из воздуха. Полученные результаты расчетов указывают, что в случае полного использования атмосферной углекислоты растительность может усваивать не менее 5% поступающей солнечной энергии и что в этих условиях продуктивность транспирации должна равняться не нескольким тысячным ( как это обычно имеет место), а нескольким сотым. Поскольку в природных условиях таких высоких показателей эффективности фотосинтеза обычно не наблюдается, следует заключить, что продуктивность растения существенно ограничена метеорологическими факторами на разных уровнях растительного покрова (выше рассматривается механизм в однороданых условиях) т.е. особенностями фотосинтеза по вертикали".

Установлено, что в каждом слое растительности по вертикали основные параметры (осредненные)в отличие от приземного слоя воздуха: 1)так же потоки коротковолновой и длинноволновой радиации; 2) тепло; 3)водяной пар; 4) количества движения воздуха разные и существенно изменяются с высотой.При этом коротковолновая радиация убывает с приближенном к земной поверхности. Радиационный баланс также убывает в этом же направлении из-за экранирующего влияния растений.

Поток водяного пара в слое растительного покрова возрастает с высотой из-за транспирации, а (поток количества движения уменьшается вниз от верхней границы растительного покрова вследствие тормозящего действия растительности на движение воздуха (т.е. идет ослабление турбулентного движения по сравнению с более высокими слоями воздуха).

ФАР (фотосинтетически активная радиация) - является частью общего потока коротковолновой радиации, ограниченной длинами волн, в пределах которых радиация может использоваться в фотосинтезе. Ее величина примерно вдвое меньше значений коротковолновой радиации.

ДЫХАНИЕ РАСТЕНИЙ: В суммарном выражении дыхание - это процесс обратный фотосинтезу:

С6 Н12 О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2 О + 674 ккал,

т.е. глюкоза разлагается до углекислого газа и воды с выделением энергии (1 моль глюкозы т.е. 180 г. ее выделяет 674 ккал. энергии). Дыхание занимает важное место в жизнедеятельности растений. В его процессе образуются разнообразные органические вещества, которые используются для синтеза белков и других важных соединений, а энергия - для разнообразных обменных реакций, полимеризации простейших соединений в длинные цепи и др.

Дыхание осуществляется преимущественно в митохондриях (от греч. "митос" - нитки, "хондрион" - зерно). Это протоплазменные включения, органели, имеющие размеры 0,2-7,0 мкм. В митохондриях синтезируется белок, но важнейшей их функцией в клетке, является все таки дыхание. Дыхательные реакции делятся на 2 ступени. Первая ступень - безкислородная, которая осуществляется еще вне метахондрии, вторая - преимущественно в кристах, т.е. внутри митахондрии. В результате дыхания образуется этиловый спирт и другие соединения, например уксусный альдегид, уксусная кислота, молочная кислота. Это процесс характерен для анаэробного дыхания.

В целом, белки одновременно разлагаются до органических кислот в процессе дыхания и снова синтезируются, что содействует их фенотиповой (соответственно к смене условий жизни) перестройке и генетической (соответственно до мутаций, что возникли), если они насыщают популяцию растений данного вида.
2.4. Программная лекция 2.2. по модулю 2 "Основы традиционной экологии”: - Теоретическая экология: экологические условия, факторы, ресурсы, экологическая ниша
Основная цель данного раздела - осознанное различие условий, факторов и ресурсов, понимание причин смешения этих понятий, классификации, усвоение новых понятий, связанных с условиями, факторами и ресурсами, определение центрального понятия теоретической экологии - экологической ниши.

Результатом изучения этого раздела модуля является усвоение следующих ЗУН:

2.4.1. Причины, обуславливающие не строгое терминологическое разграничение понятий "условия", "факторы", "ресурсы".

2.4.2. Общенаучные определения понятий "условия", "факторы", "ресурсы".

2.4.3. Специальные определения данных понятий. Авторы.

2.4.4. Экосистемный фактор. Множественность факторов: абиотические, биотические, антропогенные.

2.4.5. Классификация экологических факторов по Н.Ф.Реймерсу (1990).

2.4.6. Положение о лимитирующем факторе (закон минимума Либиха).

2.4.7. Пищевые ресурсы, энергетические ресурсы.

2.4.8. Классификация животных по отношению к температуре. Разнообразие классификаций.

2.4.9. Гомойотермы, пойкилотермы, эндотермы, эктотермы.

2.4.10.Аклимация и акклиматизация.

2.4.11. Эффект воздействия низких и высоких температур.

2.4.12.Характеристика основных условий: вода, рН, соленость, скорость течения, загрязняющие вещества.

2.4.13. Определение понятия ресурсы по Гильману (1982).

2.4.14.Характеристика основных экологических ресурсов.

2.4.15.Солнечная радиация. Что обеспечивает связывание лучистой энергии? Как определить "чистую ассимиляцию"? Что такое "точка компенсации"? Индекс листовой пластинки: определение и его значения.

2.4.16. Двуокись углерода. Характер суточного потока двуокиси углерода.

2.4.17. Вода. Способы минимальных потерь воды для ассимиляции углерода.

2.4.18.Элементы минерального питания в почве. Взаимодействие с водой. Зоны пониженной ресурсообеспеченности (ЗПР).

2.4.19. Кислород. Биохимическое потребление кислорода (БПК). Виды диффузии кислорода.

2.4.20. Организмы как пищевой ресурс. Главная особенность пищевой цепи. Три пути, ведущие к трофическому уровню.

2.4.21.Пространство как ресурс. Как это понимать? В чем основная особенность.

2.4.22.Экологическая ниша. Разнообразие, №-мерность экологических ниш.
2.5. Проблемная лекция 2.3 по модулю 2 "Основы традиционной экологии”: - Теоретическая экология: Экологические условия, факторы, ресурсы, экологическая ниша
Основная проблема состоит в том, что как в русскоязычной литературе, так и в зарубежной, отсутствует строгое терминологическое разграничение природных условий и ресурсов. В качестве более общего понятия, отражающего всю совокупность элементов природного окружения (нередко включая и общественные элементы) человека применяется термины "environmental" (англ.сл) "milien" (французск.сл.) адекватные нашему понятию "природная среда". Но при всей такой неопределенности существует необходимость разграничить понятия "условия", "факторы", "ресурсы", понимая, что это хотя и взаимосвязанные понятия, но вовсе не идентичные. Смешение или неразделение этих понятий, вероятно, связано, прежде всего, с тем, что, например, один и тот же фактор, можно рассматривать и как условие, и как ресурс.

Например, кислород, является энергетическим ресурсом большинства сухопутных животных, но для рыб содержание кислорода в воде можно рассматривать и как показатель условий жизни. Поэтому становится понятным почему М.Бигон с соавторами (1989) в понятие "условие" включает "факторы". Так условия, по М.Бигону и др.(1989)-это изменяющийся во времени и пространстве абиотический фактор среды обитания, на который организмы реагируют по-разному в зависимости от его силы. Проанализируйте самостоятельно, но внимательно это определение и без всякого труда обнаружите множество "неясностей". Например, почему "условие" это только изменения абиотического фактора? Ведь известна целая совокупность природно-естественных факторов, в том числе: абиотические, биотические, антропогенные.

Целесообразно ознакомиться с общенаучным определением понятия "условия" для того, чтобы самостоятельно оценить правомерность того или иного понятия, где в качестве родового термино-элемента выступают условия (например, "экологические условия", "условия существования (обитания) и т.д.

УСЛОВИЕ - среда, в которой пребывает и без которой не могут существовать предметы, явления; то от чего зависит другое. В логике различают необходимые и достаточные условия. Необходимые условия - это те условия, которые имеют место всякий раз, как только возникает действие; достаточные условия - это те условия, которые непременно вызывают данное действие (В.И.Кондаков, 1975).

УСЛОВИЯ ОБИТАНИЯ (существования) - это совокупность природно-естественных факторов и особенностей существования организмов, включающая факторы абиотические, факторы биотические и антропогенного воздействия.

Поскольку кроме этого идет смешение понятий "условия" и "ресурсы". Приведем определение понятия "ресурс", "ресурсы".

РЕСУРС -энергия, вещество, информация, вырабатываемые вне данной системы и служащие для нее исходным материалов функционирования, развития, существования (Э.Б.Алаев, 1983).

Ресурсы (франц.) - ressources) - средства, запасы, возможности, источники чего-либо (например, природные ресурсы; экономические ресурсы).

Главное отличие условий от ресурсов то, что условия организмом не расходуются и не исчерпываются и ни один организм не в состоянии сделать их недоступными или менее доступными для других организмов. Например, из числа условий, наиболее существенно влияющих на жизнедеятельность организмов, экологи называют температуру.

Теперь проанализируем определение понятия "фактор" как в общепринятом понимании, так и в специальном.

ФАКТОР - (лат.factor- делающий, производящий) - движущая сила, причина какого-либо процесса, явления, существенное обстоятельство в каком-либо процессе, явлении.

ФАКТОР (по Реймерсу Н.Ф.,1990) - движущая сила процессов или условие, влияющее на них, существенное обстоятельство в каком-либо процессе, явлении. Фактор экологический (по Реймерсу Н.Ф.,1990) - любое условие среды, на которое животное реагирует приспособительными реакциями (за пределами приспособительных способностей лежат летальные факторы). Имеется и понятие фактор экосистемный. По Н.Ф.Реймерсу (1990)- это воздействие, источником и средой которого служит структура, история и/или функция экосистемы. Понятие близкое к фактору биоценотическому и фактору комплексному с его подразделениями, но с акцентом на объект, где фактор сформировался.

Поскольку, как было отмечено выше, совокупность природно-естественных факторов составляют абиотические, биотические и антропогенные остановимся кратко на них.

АБИОТИЧЕСКИЕ факторы - это факторы неживой природы, прежде всего, климатические: солнечный свет, температура, влажность, рН, соленость, скорость течения, концентрация загрязняющих веществ. В учебниках, кроме этого приводится еще и такие факторы как рельеф, ветер, свойства почв и т.д. Все абиотические факторы действуют на организм прямо или косвенно.

БИОТИЧЕСКИЕ факторы - это всевозможные формы влияния живых организмов друг на друга (например, опыление растений насекомыми, конкуренция, поедание друг друга, паразитизм) и на среду.

АНТРОПОГЕННЫЕ факторы - это все те формы деятельности человека, которые воздействуют на естественную природную среду, изменяя условия обитания живых организмов, или непосредственно влияют на отдельные виды растений и животных.

В определении понятия "условие" имеется ключевое слово "среда обитания" на Земле существует 4 основные среды обитания: 1)водная; 2)наземно-воздушная; 3)почвенная; 4)среда образуемая самими живыми организмами. В водной среде обитают гидробионты, в почвенной - эдафобионты или геобионты.
КЛАССИФИКАЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ

(факторов среды)

(по Н.Ф.Реймерсу, 1990)
Экологические факторы делят: по времени, по периодичности, по очередности возникновения; по происхождению; по среде возникновения; по характеру; по объекту воздействия; по условиям действия; по степени воздействия; по спектру воздействия.

Н.Ф.Реймерс (1990) приводит следующую схему классификации экологических факторов. По времени: эволюционный, исторический, действующий. По периодичности: периодический, непериодический. По очередности возникновения: первичный, вторичный. По происхождению: космический, абиотический, биогенный, биотический, биологический, природно-антропогенный, антропогенный (в том числе техногенный, загрязнения среды), антропический ( в т.ч. беспокойства).

По среде возникновения: атмосферный, водный (влажности), геоморфологический, эдафический, физиологический, генетический, популяционный, биоценотический, экосистемный, биосферный.

По характеру: информационный, вещественно-энергетический, физический ( в частности: геофизический, термический), химический ( в частности, солености, кислотности), биогенный (биотический), комплексный (в частности: системообразующий, экологический, географический, эволюции, климатический (света, осадков и т.п.).

По объекту воздействия: индивидуальный, грунтовой ( в том числе, этологический, социально-психологический, социальный, социально-экономический, видовой (включая человеческий, жизни общества).

По условиям воздействия: зависящий от плотности; не зависящий от плотности.

По степени воздействия: летальный, экстремальный, лимитирующий (ограничивающий), беспокоящий, мутагенный, терагенный.

По спектру воздействия: избирательный, общего действия.

Фактор экологический в узком смысле слова по мнению Н.Ф.Реймерсу следует понимать как биоэкологический с чем вряд ли можно согласиться.

С условиями и факторами связано возникновение положения о лимитирующих факторах, или закон минимума, сформулированный немецким химиком Юстосом Либихом. Он звучит следующим образом:

Успешное функционирование популяций или сообществ живых организмов зависит от комплекса условий; ограничивающим или лимитирующим фактором является любое состояние среды, приближающееся или выходящее за границу устойчивости для организмов интересующей нас группы. Таким образом, если интенсивность тех или иных биологических процессов зависит от двух или нескольких факторов окружающей среды, то решающее значение будет принадлежать такому фактору или ресурсу, который имеется в минимальном с точки зрения потребности организма количестве.

Таким образом, понятие "ресурсы" можно определить еще и таким образом: ресурсы - это все то в природе, из чего организм черпает энергию и получает необходимые вещества для своей жизнедеятельности. Еще раз подчеркнем, что ресурсы могут расходоваться и исчерпываться. Это в основном вещества, идущие на построение их тел и энергия необходимая для жизнедеятельности. Иногда к ресурсам относят и пространство (территорию). Существуют пищевые ресурсы, и энергетические ресурсы.

ПИЩЕВЫЕ РЕСУРСЫ - это все то, что организм потребляет. Для тела зеленого растения необходимы молекулы неорганических веществ и ионов. Сами зеленые растения являются пищевыми ресурсами для хищников и паразитов, а после их смерти для микроорганизмов, которые используют занесенную в них ... энергию и вещества.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ - энергия, которая черпается из солнечного излучения. Солнечный поток отражается и поглощается. Та энергия, которая поглощается достигает хлоропласта и участвует в процессе фотосинтеза, т. е.превращении неорганического вещества в богатое энергией органическое вещество, а именно молекулу глюкозы (C6 H12 O6), т. е. углерод.

В заключении подчеркнем еще раз, что один и тот же фактор можно рассматривать как условие и как ресурс.

Для более полного знакомства с условиями и ресурсами необходимо обратиться к главе 2 и главе 3 монографии М. Бигога, Дж. Харпера и К. Таунсида "Экология" Москва, "Мир" 1989 г. Здесь кратко, в тезисной форме, отметим следующее. Поскольку температура является важнейшим условием развития и функционирования живого, рассмотрим взаимоотношения температуры и организма в частности классификацию организмов по отношению к температуре.

Одна из простейших классификаций подразумевает деление организмов на: 1. теплокровные; 2. холоднокровные; Бигон М. и др (1989) считает ее субъективной. И предлагает делить живые вещества на гомойотермные и пойкилотермные.

Гомойотермные - при изменении температуры окружающей среды организмы поддерживают примерно постоянную температуру тела (птицы, млекопитающие).

Пойкилотермные - при изменении температуры окружающей среды температура организмов меняется (антарктические рыбы). Пойкилотермные организмы наделены, хотя бы частично способностью регулировать температуру тела (поведенческая реакция).

Более удовлетворительным считается деление на эндотермов и эктотермов.

Эндотермы - регулируют температуру тела за счет внутренней теплопродукции.

Эктотермные - полагаются на внешние источники тепла. Грубо говоря, такое деление соответствует различию между птицами и млекопитающими (эндотермы) с одной стороны, и прочими животными, растениями, грибами и простейшими (эктотермы), с другой стороны. Но это тоже не абсолютно.

Акклиматизация. Реакция, эктотермного организма на температуру не измена; она зависит от того, какие температуры воздействовали на этот организм в прошлом. Изменения могут происходить в искусственных лабораторных условиях и естественных.

Если изменения происходят под влияние условий содержания в лаборатории, то процесс именуется акклимацией. Если же он происходит в природных условиях, то его называют акклиматизацией.

Высокие температуры влекут за собой инактивизацию ферментов (снижение активности микроорганизмов, а также специфических белковых веществ под влиянием различных факторов, в данном случае температуры). И даже денатурацию ферментов (лишение природных свойств или изменение свойств белков при изменении физических и химических условий среды, в частности температуры, давления и т. д.) при высоких температурах дыхание осуществляется быстрее, чем фотосинтез, поэтому растения "голодают", так как расходуют продукты обмена быстрее, чем образуют их.

Низкие температуры замедляют обмен веществ и зачастую ведут к гибели. При температуре ниже -1 градуса Цельсия многие экотермы погибают из-за повреждающего действия, образующихся кристаллов льда особенно внутри клеток. А если организмы обладают механизмами, предотвращающими образованию кристаллов льда внутри клеток, то такие организмы выживают. Обеспечивается такой механизм "закаливанием" растений.

Таким образом температуры всего лишь на несколько градусов превышающие метаболический оптимум, могут оказаться летальными.

Что же касается эндотермов, то скорость образования ими теплоты контролируется термостатическими системами головного мозга.

Температура их тела на постоянном уровне обычно между 35 и 40 градусов Цельсия и поэтому они, как правило, отдают температуру окружающей среде. Соответственно ими обладают повышающей интерактивностью в источнике энергии - пище.

Остановимся кратко на основных условиях (ресурсах).

ВОДА И рН. Для растения вода - и условия, и ресурсы. Поэтому растения экономят воду. Влияние относительной влажности на организм опосредовано температурой и скоростью ветра и ее трудно отделить от доступности воды вообще. НАземные животные имеют в организме воды больше, чем в воздухе, поэтому все они обычно теряют воду путем испарения. Компенсируется энергия за счет получения воды с пищей, питьем, в результате обмена веществ. Именно поэтому "условием", которое чрезвычайно важно в жизни является относительная влажность воздуха. Чем выше относительная влажность, тем меньше различие между внешней и внутренней средой животного, а чем меньше это различие, тем меньше потребности в снижении потерь воды или в противодействии им; поэтому животные различаются и по своему отношению к значениям pH воды и почвы: и на суше и в воде pH оказывает на организм как прямые, так и косвенные влияния, определяющие характер распространения организмов и их численность. При pH ниже 3 или выше 9 происходит повреждение протоплазмы клеток корня большинства сосудистых растений. Косвенно pH влияет на степень доступности биогенных элементов, на концентрацию ядовитых веществ. При pH ниже 4.0 - 4.5 минеральные почвы содержат так много ионов алюминия, что становятся высокотоксичными для большинства растений. При низких pH могут содержаться токсичне концентрации железа и марганца. Так же обстоит дело и с животными - гидробионтами. С повышением кислотности воды видовое разнообразие обычно снижается.

Соленость, оказывает существенное влияние на распространение и численность организмов. Механизм влияния скрыт в борьбе (в предотвращении) проникновения соленой воды в организм, и уходе воды из тела в окружающую среду. Следовательно для многих гидробионтов регулирование концентраций растворимых в жидкостях тела веществ - это процесс жизненно необходимый и требующий подчас больших энергетических затрат.

Скорость течение. Растения приспосабливаются к течению путем надежного прикрепления к неподвижному предмету. Например, ряска может быть только, там где течение или очень медленное, или вовсе отсутствует. Животные могут удерживаться на месте с помощью крючков и присосок, другие снабжены длинными хвостовыми нитями помогающими ориентировать тело на встречу потоку и т. о.

Загрязняющие вещества. Человек в результате жизнедеятельности выбрасывает огромное количество загрязняющих веществ. Но в самых загрязненных местообитаниях найдется несколько особей, несколько видов, способных выжить, это так называемые устойчивые особи. Загрязнение окружающей среды по-видимому представляют нам возможность наблюдать эволюцию в действии. Действие любого загрязняющего вещества двояко. Если оно только появилось или его мало, то вид будет предоставлен изначально устойчивыми особями. .... их будет больше, но как правило, будет значительно меньшим разнообразие видов, чем если бы загрязнения не было.

Согласно Тилману (Tilman, 1982) все, что организм потребляет, составляет его ресурсы. В числе ресурсов находятся: солнечное излучение, неорганические молекулы, организмы, пространство (место обитания).

Солнечное излучение рассматривается как ресурс потому, что это единственный источник энергии для зеленых растений, которую они могут использовать в обменных процессах. Если на пути потока лучистой энергии оказывается лист, запускается процесс фотосинтеза, который рассмотрен ранее. Если лучистая энергия при попадании на лист в тот же миг не улавливается и не связывается, то она безвозвратно утрачивается. Энергия излучения, связанная при фотосинтезе проделывает свой зеленый путь лишь однажды, Этим она разительно отличается от атомов углерода или азота или от молекул воды, которые необратимо проходит через бесчисленные поколения живых существ. Здесь необходимо актуализировать также понятие "фотосинтетически активноя радиация" (ФАР). Потому что на неё приходится лишь 44 % всей падающей на Землю солнечной радиации.

Величина приращения (положительного или отрицательного) сухой массы органического вещества ("фотосинтез минус дыхание называют чистой ассимиляцией"). Ассимиляция отрицательная когда фотосинтез не поспевает за дыханием (в темноте). С возрастание освещенности она увеличивается. Значение освещенности при котором фотосинтез в точности уравновешивает дыхание называется точкой компенсации.

Листовой полог леса или посевн - это "популяция листьев". Всю ее в целом можно охарактеризовать величиной, которая называется: "индексом листовой поверхности" (ИЛП). Индекс листовой поверхности - это отношение общей площади листьев к площади соответствующего участка почвы. ИЛП всегда изменяется от сезона к сезону, с наступлением каждого нового дня и даже по ходу одного единственного светового дня.

Неорганические молекулы как ресурсы. В процессе фотосинтеза, как известно непосредственно вовлекаются три ресурса: свет, двуокись углерода и вода.

Двуокись углерода практически полностью поступает из атмосферы. Ночью поток двуокиси углерода в наземных экосистемах направлен вверх - от почвы и растительности в атмосферу, а солнечным днем над листовым пологом возникает поток двуокиси углерода, направленный вниз. Чтобы поглощать двуокись углерода зеленому растению приходится терять воду (дело в том, что молекула воды меньше молекулы двуокиси углерода, поэтому всякий организм получающий двуокись углерода из атмосферы теряет воду). Регулирование осуществляется раскрытием и закрытием устиц ("листовых пор").

Водный и углекислотный балансы надземных частей растения тесно связаны между собой, но ниже дневной поверхности двуокись углерода как ресурс не играет никакой роли.

Элементы минерального питания. Все зеленые растения нуждаются в одних и тех же "незаменимых" элементах, но не обязательно в одних и тех же соотношениях. И вода и минеральные соли обладают свойствами ресурсов и в этом качестве могут между собой взаимодействовать. К числу минеральных ресурсов принадлежат макроэлементы: азот (N), фосфор (P), сера (S), калий (K), кальций (Ca), магний (Mg) и железо (Fe) и микроэлементы - марганец (Mn), цинк (Zn), медь (Cu), и бор (B). Возможность специализации различных растений по различным ресурсам (как это бывает у животных) отсутствует. При поглощении минеральных ресурсов, как и при поглощении воды, не только корень растет на встречу ресурсу, но и ресурс продвигается к корню. Растения с различными по форме и строению корневыми системами переносят различные концентрации минеральных ресурсов почвы, а также в различной степени истощают различные минеральные ресурсы необходимо помнить, что у большинства растений корней нет- у них есть микориза, обладающая ресурсопоглотительными свойствами, резко отличающимися от корней.

Кислород как ресурс. Растворимость и способность кислорода к диффузии в воде очень низки, поэтому в воде он - лимитирующий фактор. Растворяемость кислорода в воде быстро снижается в повышением температуры. Когда в водной среде разлагается органическое вещество, кислород расходуется на дыхание микрофлоры; это так называемые "биохимическое потребление кислорода"(БПК). Высокие значения БПК особенно характерны для стоячих вод. Потребность корней растений в кислороде не полностью удовлетворяется за счет почвы. Часть кислорода диффундирует вниз, через корни, от побегов и т. д.

Организмы как пищевой ресурс. Первичными в пищевой цепи являются автотрофы - это организмы, синтезирующие из неорганических соединений органические вещества с использование энергии солнца или энергии, освобождающейся при химических реакциях. Это высшие растения (кроме паразитных и сапрофитных), водоросли, некоторые бактерии (пурпурные, железобактерии, серобактерии и др.). Эти органические вещества становятся ресурсами для гетеротрофов. Гетеротроффы - организмы, использующие для питания только или преимущественно органическое вещество, произведенное другими видами и, как правило, не способные синтезировать вещества своего тела из неорганических составляющих. Это все животные, паразитарные растения, грибы подавляющее число микроорганизмов. Таким образом существует три пути, ведущие к вышестоящему трофическому уровню:1)деструкция 2)паразитизм. ; 3) органофагия (хищничество).

Деструкция - отмирание организмов и использование бактериями, грибами и животными детритофагами их как пищевого ресурса. Эти организмы не в состоянии использовать другие организмы, пока они живы.

Паразитизм - использование организмов в качестве ресурсов при его жизни. Потребитель не убивает своего хозяина.

Органофагия (хищничество) - когда пищевой организм (или его часть) поедается и при этом умерщвляется. Существует мерофагия как разновидность органофагии при которой пищевой организм не умерщвляется (пастбищники).

Среди консументов встречаются "универсалы" (полифаги): они потребляют добычу самых разнообразных видов. Важную роль играть на то сколько ресурс защищен. Есть механическая защита - колючки и шипы, защитные оболочки, есть химические и поведенческие средства защиты от нападения и поедания. Самооборона животных шире, чем растений, тем не менее некоторые животные прибегают к химической защите.

Пространство как ресурс. Живые существа всегда занимают определенное место и конкурируют за это место. Растения нуждаются в пространстве для размещения корней. Растениям нужны заключенные в этом пространстве ресурсы - вода и минеральные соли. Поэтому считать пространство само по себе не правильно. Пространство употребляется в собирательном смысле для обозначения тех ресурсов, которые из этого пространства можно извлечь. Но если будет нехватка свободного пространства, то произойдет сдерживание в развитии, т. е. пространство превращается в лимитирующий ресурс. В пространстве содержатся ресурсы, но путь к овладению ими лежит через овладение пространством. В определенном смысле само поведение территориального животного превратило пространство в ресурс (границы всегда обороняются).

Экологическая ниша.

Экологическая ниша - место вида в природе, включающее не только положение вида в пространстве, но и функциональную роль его в сообществе (напр. трофический статус) и его положении относительно абиотических условий существования (температура, влажность) если место обитания - "адрес" организма, то экологическая ниша - это его "профессия". Экологическая ниша - многомерное понятие. Но может быть и одномерным, двухмерным. Например, экологическая ниша может быть по температурному фактору, т. е. организмы могут поддерживать свою численность лишь в определенных температурных границах - это оптимальный интервал и есть экологической нишей по температурному фактору. Но температура зависит от других условий, например от влажности. Соответственно организм способен выжит и дать потомство при вполне определённой влажности. Это уже двумерная экологическая ниша. Если включить ещё один фактор (например свет или рельеф),то ЭН станет трёхмерной. Если включить ещё блоьше факторов, то ЭН можно представить как n - мерную фигуру, то есть гиперобъем в пределах которого возможно поддержание жизни рассматриваемых организмов. Таково современное представление о строении экологической ниши. Можно говорить о пищевой нише того или иного организма, то есть если условия благоприятны, то надо чтобы и ресурсов было достаточно, но и этого еще не достаточно, так как длительному существованию могут препятствовать хищники, паразиты, консументы. Поэтому биотические взаимодействия также входят в понятие ниши.

Итак, экологическую нишу можно представить как совокупность всех факторов (условий) и ресурсов среды, в пределах которой может существовать вид в природе. Важно понимать, что ниша не есть нечто такое, что можно увидеть. ЭН - отвлеченное абстрактное понятие, сводящее к общему показателю все, в чем нуждаются организмы, т. е. все необходимые условия и ресурсы в нужных количествах, но это не место обитания. Так, кенгуру, бизон, корова систематически далеки друг от друга, занимают сходные ниши в экосистеме степей. Вместе с тем, один и тот же вид может занимать различные ниши в разных местообитаниях. Пример - человек. В некоторых странах он занимает пищевую нишу плотоядного организма, в других - растительноядного. В большинстве же случаев - он всеядный. Одно и то же место обитания содержит множество ниш. Например, лесной массив - ниши многих видов растений и животных. Т. о. все сведения о потребностях организмов в тех или иных условиях или ресурсах объединяются в понятии "ЭН" раскрывающием роль, которую организм играет в экологической системе.

Перечень рассмотренных условий среды и ресурсов нельзя считать исчерпывающим, однако на основе множества разнообразных примеров можно сформулировать некоторые общие принципы и ввести понятия являющиеся для многих разделов теоретической экологии центральным; определение его всецело опирается на то, каким образом организмы реагируют на внешние условия. Это - понятие "ЭН". Термин появился еще более полувека тому назад.

Вспомогательный словарик:

Олиго - (греч. олигос - немногочисленный, немногий, незначительный, малый) - часть сложных слов, указывающий на малое количество чего-либо. Примерно соответствует русскому слову - "мало".

Фагос - пожирающий

Олигофаг - питающийся крайне ограниченным набором кормов.

Трофе - пища, питание (греч.)

Олиготрофы - (мало + питание) растения и организмы малотребовательные к наличию в среде питательных веществ (белоус, пушица, клюква, багульник, вереск, сфагновые мхи)

Консументы (лат. косумо - потребляю) организм, потребляющий готовые органические вещества, создаваемые продуцентами, но в ходе потребления не доводящие разложение органических веществ до простых минеральных составляющих.

Консументы 2 порядока - поедают растительных животных

Консументы 3 порядока - хищники, паразиты хищников

Гетеро - (гр. гетерос - иной, другой) означает разнородность, чужеродность, соответствует русскому слову "разно"

Гетеротрофы - организмы использующие для питания только или преимущественно органические вещества, произведенные другими видами и не способные синтезировать вещества своего тела из неорганических составляющих. Сюда относятся все животные, паразитные растения, грибы, большинство микроорганизмов.

Гомо - (греч. хомос - равный, одинаковый, взаимный, общий) – первая составная часть сложных слов, обозначающая: "сходный, равный" соответствуют русскому "одно".

Пойкило - (греч. poikilos) - пестрый, разнообразный.

Экто (греч. ectos - вне, снаружи) первая составная часть сложных слов соответствующая по значению словам "внешний, наружный".

Эндо (греч. enolon) внутри.

Деструкция - разрушение, нарушение нормальной структуры чего-либо.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   18


2.3. Проблемная лекция 2.2. по модулю 2 “Основы традиционной экологии”: - Теоретическая экология: Процесс фотосинтеза
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации