Комплекс дисциплины «экология и устойчивое развитие» для всех специальностей университета Составители

Вид материала

Конспект

Содержание Статистические показатели Рождаемость - число Типы динамики численности популяций I. Стабильный тип II. Флюктуирующий тип III. Взрывной тип Трофические связи Фабрические связи Комменсализм (нахлебничество, сотрапезничество) Синойкия (квартиранство) Симбиоз, или мутуализм Закон периодического цикла Закон сохранения средних величин Закон нарушения средних величин

Подобный материал:

• Хасанова Гульжан Шариповна Вметодических указаниях изложен перечень вопросов, составляющих, 382.55kb.
• Курсовая система и профессиональная переподготовка, 94.46kb.
• Книга учителя к курсу «Экология Москвы и устойчивое развитие», 5745.62kb.
• Проект «Устойчивое потребление – устойчивое будущее», 34.07kb.
• Программа учебного курса «экология москвы и устойчивое развитие» для 10 классов средних, 707.86kb.
• Учебно-методический комплекс для всех специальностей, кроме 080102 Мировая экономика, 681.34kb.
• Учебное пособие для учащихся 10 (11) классов «Экология Москвы и устойчивое развитие», 603.29kb.
• Учебное пособие для учащихся 10 (11) классов «Экология Москвы и устойчивое развитие», 603.23kb.
• Учебное пособие для учащихся 10 (11) классов «Экология Москвы и устойчивое развитие», 1496.04kb.
• Учебное пособие для учащихся 10 (11) классов «Экология Москвы и устойчивое развитие», 1495.64kb.

$$$002-003-900$ Лекция№3 Вопросы для самоконтроля


{1 Экологические факторы и их квалификация

2. Что вы понимаете под абиотическими и биотическими факторами.

3. Экологическое значение основных абиотических факторов.

4. Основные виды биотических отношений в экосистеме

5 . Закон минимума Ю.Либиха.

6. Закон толерантности В.Шелфорда}


&&&


$$$002-004-000$3.2.4 Лекция № 4 Экология популяций - демэкология

{1. Понятие о популяциях

2. Структура популяций }


&&&


$$$002-004-001$3.2.4.1 Понятие о популяциях


{Вспомните, что такое вид. Вид - это группа организмов, сходных по морфологическим признакам. Любой вид животного, растения, микроорганизма утверждает себя во внешней среде, осваивает арену жизни, приспосабливается к постоянно изменяющимся условиям не как сумма особей, а как единое целое, представляющее собой популяцию.

Популяцией в экологии называют группу особей одного вида, на­ходящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих общую территорию.

Слово «популяция» происходит от латинского «популюс» — на­род, население. Экологическую популяцию, таким образом, можно определить как население одного вида на определенной территории.

Популяции, как групповые объединения, обладают рядом специфических свойств, которые не присущи каждой отдельно взятой особи.

Члены одной популяции оказывают друг на друга не мень­шее воздействие, чем физические факторы среды или другие обитающие совместно виды организмов. В популяциях прояв­ляются в той или иной степени все формы связей, характерные для межвидовых отношений, но наиболее ярко выражены взаимно полезные и конкурентные. Специфи­ческие внутривидовые взаимосвязи - это отношения, связан­ные с воспроизводством: между особями разных полов и между родительским и дочерним поколениями}


&&&


$$$002-004-002$3.2.4.2 Структура популяций


{ Популяции свойственна определенная организация. Распреде­ление особей по территории, соотношения групп по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям отражают структуру популяции. Она формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, а с другой — под влиянием абиотических факторов среды и попу­ляций других видов. Структура популяций имеет, следовательно, приспособительный характер. Разные популяции одного вида об­ладают как сходными особенностями структуры, так и отличи­тельными, характеризующими специфику экологических условий в местах их обитания.

Для каждой популяции характерны количественные характеристики, позволяющие решать проблемы качественного характера. Выделяют 2 группы количественных показателей - статистические и динамические.

Статистические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. К статистическим показателям относятся их численность, плотность и показатели структуры.

Численность - это общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Численность популяции ни когда не бывает постоянной, и зависит от соотношения рождаемости и смертности.

Плотность - определяется количеством особей или биомассой на единицу площади или объема. Величина также изменчивая, зависящая от численности популяции. При возрастании численности плотность не увеличивается лишь в том случая, если возможно расселение популяции, расширение ее ареала. Расселение может продолжаться до тех пор, пока популяция не встретить какую-либо преграду. Различают случайно равномерное или групповое расселение.

Случайное расселение имеет место только в однородной среде, например, расселение тли на поле, но по мере размножения, характер расселения становится групповым или пятнистым

Наиболее распространено групповое расселение, причем оно может быть случайным. Групповое расселение обеспечивает популяции наиболее высокую устойчивость к неблагоприятным условиям в сравнении с отдельной особью Активное расселение приводит к интенсивному перемешиванию популяций, стирает границы между ними. Например, сильно подвижные животные или птицы имеют обширные ареалы без резких границ между популяциями. А у малоподвижных или пассивно перемещающихся животных границы популяций четко разграничены даже на небольших территориях.

Плотность популяции зависит и от размеров живых организмов, чем крупнее животное, тем шире занимаемый ими ареал, тем ниже плотность популяции, и наоборот.

Численность и плотность популяции могут зависеть и от других факторов, как биотических, так абиотических. Например, уничтожение хищниками жертв, влияние паразитов на жизнедеятельность хозяев, холодная зима и сухое лето и т.д. Однако колебания численности происходят не беспредельно. Популяция, как любая биологическая система обладает способностью к саморегуляции. Поддержание оптимальной в данных условиях численности называют гомеостазом популяции.

Любая популяция теоретически способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы внешней среды. В таком гипотетическом случае скорость роста популяции будет зависеть только от биологического потенциала, свойственного виду. Понятие биологического потенциала введено в экологию в 1928 г. Р. Чепменом. Этот показатель отражает теоретический максимум потомков от одной пары (или одной особи) единицу времени, например, за год или весь жизненный цикл.

Общие изменения численности популяции складываются за счет 4 явлений; рождаемости, смертности, вселения и выселения особей (миграции).

Рождаемость - число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения. Рождаемость зависит от соотношения периода размножения и общей продолжительности жизни, а также с плодовитости особей. Средняя плодовитость каждого вида определилась исторически как приспособление обеспечивающее пополнение убыли популяций, в благоприятных условиях плодовитость обычно низкая, неблагоприятных - высокая. Характер плодовитости зависит также от скорости полового созревания и соотношения в популяции самцов и самок, числа генераций в течение сезона, от степени развития заботы потомстве или обеспечении яиц питательным материалом. У видов, выкармливающих и оберегающих свое потомство, плодовитость резко понижена. Большая плодовитость вырабатывается у видов в условиях боле высокой смертности, особенно при сильном давлении со стороны хищника.

Численность и плотность зависит не только от плодовитости. Но и от смертности популяции. Смертность это количество особей, погибших за определенный период. Смертность величина изменчивая и меняется в зависимости от генетической и физиологической полноценности особей, условий среды, возраста, состояния популяции, и выражается в % к начальной или чаще к средней величине популяции.

На динамику численности большое влияние оказывает миграции отдельных особей, т.е. обмен популяций. Выселение особей из популяции или пополнение ее пришельцами (иммиграция) - явление, основанное на одной из важнейших черт вида - его расселительной способности. При сбалансированной интенсивности рождаемости и смертности (1:1) формируется стабильная популяция, в которой смертность компенсируется приростом и численность ее, а также ареал, удерживаются на одном уровне. Однако, в природе практически не существует стабильных популяций, т.к. не существует постоянно стабильного состояния внешней среды и взаимоотношений внутри популяции. Чаще в природе наблюдается превышение рождаемости над смертностью и численность популяций растет вплоть до такой степени, что может наступить вспышка массового размножения, что особенно характерно для мелких животных. Такие популяции называются растущими.

При чрезмерном развитии популяции ухудшаются условия ее существования, происходит переуплотнение популяции, истощается резерв пищи и энергии. Это приводит к резкому возрастанию смертности, в результате популяция начинает сокращаться. Если смертность превышает рождаемость, популяция становится сокращающейся. Но и сокращаться бесконечно она также не может. При определенных условиях смертность начинает падать, а плодовитость возрастать, постепенно популяция переходит в стабильную.

В природе регуляция численности популяции происходит в результате иммиграции и эмиграции - этот процесс называют дисперсией популяции. Расселительная дисперсия служит средством связи между популяциями. Она повышается при повышении плотности популяции, а в период депрессии численности, наоборот, усиливается поток вселенцев в популяцию. Например, известно, что у оседлых животных с хорошо выраженными территориальными инстинктами агрессивное поведение по отношению к пришельцам в период низкой численности популяции ослабевает, и вселенцы занимают свободные участки.

Нередко при чрезмерном возрастании плотности популяции стимулируется каннибализм.

В процессе эмиграции, проникновение расселяющихся особей на незанятые еще видом территории, заселение их и образование новых популяций называют инвазией.

Для каждой популяции характерна возрастная структура и соотношение возрастных групп характеризует способность популяции к размножению. В популяции имеются особи разного возраста, а среди них особи разного пола. При этом продолжительность жизни и время наступления половой зрелости не одинаковы у разных видов.


Типы динамики численности популяций

Рост численности и плотности популяции любого вида в при­роде никогда не бывает бесконечным. Рано или поздно популя­ция сталкивается с ограничениями. К таким ограничениям мож­но отнести ресурсы, за счет которых существуют виды: пища, убежище, места размножения, они не позволяют популяции на­ращивать далее свое обилие. Эти пределы называют емкостью среды для конкретных популяций. Например, еловый лес — бо­лее емкая среда для белки, чем смешанный лес, так как основ­ная пища белок — семена хвойных.

Можно выделить три основных типа популяционной дина­мики численности.

I. Стабильный тип — отличается небольшим размахом колебаний (в несколько раз, однако не на несколько порядков величин). Свойствен видам с хорошо выраженными механиз­мами популяционного гомеостаза, высокой выживаемостью, низкой плодовитостью, большой продолжительностью жизни, сложной возрастной структурой, развитой заботой о потомст­ве. Целый комплекс эффективно работающих регуляторных механизмов держит такие популяции в определенных преде­лах плотности. Такова, например, динамика численности крупных млекопитающих и птиц, а также ряда беспозвоноч­ных.

II. Флюктуирующий тип — колебания происходят в зна­чительном интервале плотностей, различающихся на один-два порядка величин. При этом различают три фазы колебательно­го цикла: нарастания, максимума, разрежения численности. Возврат к стабильному состоянию происходит быстро. Регуляторные механизмы не теряют контроля за численностью попу­ляций, увеличивая свою эффективность вслед за увеличением плотности. Преобладают слабоинерционные меж- и внутриви­довые взаимодействия. Такой ход численности широко распро­странен в разных группах животных.

III. Взрывной тип со вспышками массового размножения — прекращение действия модифицирующих факторов не вызы­вает быстрого возврата популяции в стабильное состояние. Динамика численности складывается из циклов, в которых различают пять обязательных фаз: нарастания численности, максимума, разреживания, депрессии, восстановления. Для популяций периодически характерны предельно высокий и необычайно низкий уровень численности. По фазам цикла так­же сильно меняются показатели размножения, возрастной и половой структуры популяции, физиологического состояния, поведения, а иногда и морфологических особенностей со­ставляющих ее особей. Такой ход численности обнаруживается чаще всего у видов с малой продолжительностью жизни, высо­кой плодовитостью, быстрым оборотом генераций. Он свойст­вен, например, некоторым насекомым (саранчовые, вредители леса — усачи, короеды, ряд чешуекрылых и пилильщиков и др.), среди млекопитающих отмечен у многих видов мышевид­ных грызунов.

Тип динамики численности — скорее популяционная, но не видовая характеристика. Популяции одних и тех же видов в различных условиях могут характеризоваться разным ходом динамики численности. Это объясняется преимущественно тем, что среди регуляторных механизмов большую роль играют межвидовые взаимосвязи, которые в пределах ареала вида мо­гут быть разной степени напряженности. Так, многие виды, ко­торые в природных условиях сдерживались врагами, проявля­ют склонность к вспышкам массового размножения в садах и на полях, где ослаблен биологический контроль.}


&&&


$$$002-004-900$ Лекция№4 Вопросы или тесты для самоконтроля


{1.Понятие о популяций.

2. Статистические характеристики популяций: численность (плотность) и биомасса популяций, возрастной и половой состав.

3. Пространственное размещение и его характер: случайное, равномерное и групповое.

4. Регуляция численности популяций }


&&&


$$$002-005-000$3.2.5 Лекция № 5 Синэкология - экология сообществ

{ 1.Понятие о биоценозе, биогеоценозе и экосистеме. Энергетический баланс экосистемы

2. Трофическая структура биоценоза, экологические пирамиды.}


&&&

$$$002-005-001$3.2.5.1 Понятие о биоценозе, биогеоценозе и экосистеме. Энергетический баланс экосистемы


{ В природе популяции разных видов интегрируются в макросистемы более высокого ранга - сообщества или биоценозы. Понятие «биоценоз» было предложено в 1877 г. нем. зоологом К. Мебиусом. Биоценоз – это организованная группа популяций растений, животных и микроорганизмов, живущих вместе в одних и тех же условиях среды (био – жизнь, ценоз - общий). Биоценоз является продуктом естественного отбора. Приспособленность членов биоценоза к совместной жизни выражается в сходстве требований к важнейшим абиотическим условиям среды и закономерных отношениях друг с другом. В результате в природе складываются определенные комплексы, совокупности живых и неживых компонентов. Каждый биоценоз как бы формирует свое место обитания. Пространство с более или менее однородными условиями, заселенное тем или другим сообществом организмов (биоценозом), называется биотопом. Биоценоз совместно с биотопом образует единую экологическую макросистему – биогеоценоз. Термин предложил в 1940 г В.Н. Сукачев. За рубежом более широко распространен термин «экосистема», предложенный в 1935 г. А. Тенсли.

Живые организмы + неживая природа = биогеоценоз

Биоценоз биотоп (экосистема)


По В.Н. Сукачеву, биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений – атмосферы, горных пород, гидрологических условий, растительности, животного мира, мира микроорганизмов и почвы.

Биогеоценозы могут быть самых различных размеров. Любой биогеоценоз, независимо от его размеров и сложности, состоит из основных звеньев: производителей, потребителей. Разрушителей и компонентов неживой природы. Между звеньями возникают связи различных порядков – параллельные и перекрещивающиеся, запутанные и переплетенные и т.д. Биоценозы являются высшей формой существования организмов в биогеоценозах, удерживающие свои основные признаки во времени и в пространстве. В биогеоценозах все элементы системы существуют совместно, никогда полностью не уничтожая друг друга, а, только ограничивая численность особей каждого вида до какого-то предела, т.е. происходит процесс саморегуляции поддерживающий устойчивость биогеоценоза. Перенаселенность одного из них может возникнуть как вспышка массового размножения, и тогда сложившиеся соотношение между видами временно нарушаются.

Для упрощения изучения биогеоценоза его условно можно разделить на: фитоценоз (растительный мир), зооценоз (животный мир), микробиоценоз, но эти группировки самостоятельно, отдельно друг от друга существовать не могут. Человек сильно влияет на природу. Создавая искусственные биогеоценозы – агробиоценозы (лесопосадки, с/х поля, парки, поле - и лесозащитные полосы).


Отличительные особенности природных биогеоценозов и агробиоценозов.

Природный биогеоценоз	агробиоценоз
Образованы в результате естественного отбора	Созданы человеком
Разнообразный видовой состав	Немногочисленный видовой состав, но высокая их численность
Развит процесс саморегуляции	Регулируется человеком

В биогеоценозах между различными видами возникают определенные связи. То положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды называют экологической нишей вида. Данное понятие ввел И. Гринелл. Под экологической нишей понимают образ жизни и, прежде всего, способ питания организма. По образному выражению Ю.Одума, термин «экологическая ниша» относится к роли, которую играет организм в экосистеме, иначе говоря, местобитание – это его «адрес», тогда как ниша – это «профессия» организма.

По классификации В.Н. Беклемишева, прямые и косвенные межвидовые отношения по значимости подразделяются на 4 типа: трофические (пищевые), топические, форические, фабрические.

Трофические связи возникают, когда один вид питается другим – либо живыми особями, либо их мертвыми остатками, либо продуктами жизнедеятельности.

Топические связи характеризуют любое, физическое или химическое, изменение условий обитания одного вида в результате деятельности другого. Эти связи крайне разнообразны (морские желуди, поселяющиеся на коже китов, личинки мух, обитающие в лепешках коровьего навоза, например, известно, что в сосновом лесу формируется особенный температурный режим – летом в нем сравнительно прохладно, а зимой – теплее, чем за пределами леса). В результате отрицательных или положительных топических связей одни виды определяют или исключают возможность существования в биоценозе других видов, например, известно, что для того, что бы ель окрепла необходимо присутствие березы, а как только ель вырастает, она губит все вокруг.

Форические связи – это участие одного вида в распространении другого. В роли транспортировщиков выступают животные. Перенос животными семян, спор, пыльцы растений называют зоохорией, перенос других более мелких животных – форезией (от лат форас – наружу, вон). При этом как у животных, так и у растений вырабатывается ряд специфических приспособлений: различные зацепки, крючки, щетинки, клейкие вещества, прилипающие к шерсти; животные поедают сочные плоды и ягоды, а семена при этом не перевариваются.

Фабрические связи, это такой вид биоценотических отношений, в которые вступает вид, использующий для своих сооружений (фабрикации) продукты выделения, либо мертвые остатки, либо даже живых особей другого вида (построение гнезд птицами, нор животными и т.д.).

Предложенная система классификации биотических связей не раскрывает их полностью. Рассмотрим основные формы биотических отношений, существующих в природе.

Конкуренция - межвидовые отношения, при которых популяция в борьбе за пищу, местообитание и др. необходимые для жизни условия воздействуют друг на друга отрицательно. Явление конкуренции хорошо описано Г.Ф. Гаузе на примере двух видов инфузорий, питавшихся одной питательной средой - конкуренция обусловлена ограниченными пищевыми ресурсами. Гаузе вывел теорему конкурентного исключения: «два одинаковых в экологическом отношении вида сосуществовать не могут, особенно, если обладают сходными экологическими потребностями».

В биогеоценозах чаще всего конкуренция проявляется косвенно, поскольку различные виды, занимая определенные экологические ниши по-разному относятся к одним и тем же экологическим факторам. Чем разнообразнее возможность организмов биоценоза, тем менее напряженнее, будет конкуренция.

Различают конкуренцию и внутри одного вида - внутривидовая конкуренция. Ч. Дарвин рассматривал внутривидовую конкуренцию как важнейшую форму борьбы за существование, повышающей интенсивность естественного отбора.

Хищничество - форма межвидовых взаимоотношений, при которых один вид живет за счет другого, нанося ему ущерб. В ходе эволюции этих биотических отношений происходило развитие и хищника и жертвы, в результате образовались группы специализированных хищников и специализированных жертв. Это явление получило название адаптации, которое включает в себя мимикрию, способность подстраиваться под кого-либо, тем самым, запутывая хищника или жертву.

В результате действия хищничества в любом биоценозе сформировались определенные механизмы регуляции численности обоих компонентов системы. Поэтому она всегда удерживается на уровне, практически близком к уровню оптимума плотности, как хищника, так и жертвы.

Хищник выступает как разумный компонент биоценоза, т.к. уничтожает в основном слабых и больных особей, распространяющих болезни, или старых особей, тем самым содействует интенсивному размножению и повышению жизнеспособности популяции.

Комменсализм (нахлебничество, сотрапезничество) - взаимоотношения на базе пищевых связей, при которых один из партнеров извлекает выгоду, а для другого они безразличны (например, краб пинникса поселяется в раковине дальневосточного пластинчатожаберного моллюска и питается его объедками). При комменсализме один из партнеров может использовать другого для защиты, как средство передвижения или только питаться за его счет. Комменсализм может переходить в конкуренцию или паразитизм, а также тесно связан с синойкией.

Синойкия (квартиранство) — пространственное сожительство, полезное для одного вида и безразличное для другого (рыба - прилипала на теле акулы, усоногие раки на панцирях крабов, на коже китов и акул -поверхностное размещение - эпойкия; размещение внутри крупных - энтойкия - рыба фиерасфер живет в легких голотурий).

Симбиоз, или мутуализм, - обоюдовыгодное сожительство разных видов рак-отшельник и актиния, гриб и водоросль - лишайник).

Зоохория (форезия).

Аллелопатия - это взаимодействие организмов посредством специфически действующих химических продуктов обмена веществ. На животных растения могут оказывать либо аттрактивное (привлекающее), либо репеллентное (отталкивающее) действие.

Животные вырабатывают феромоны (телергоны) - своеобразные активные вещества, оказывающие влияние на развитие и поведение индивидуумов своего вида, а также дающие определенную информацию другим видам.

Аменсализм - взаимоотношения, при которых возникают отрицательные условия для одной или нескольких популяций (плесневые грибы и бактерии).

Эпифитность - расселение растений на теле у других растений (многие лишайники, мхи, грибы, растущие на стволах деревьев).

У млекопитающих, птиц и особенно у насекомых биотические отношения достигают наибольшей сложности.

Например, муравьи - амазонки, совершая набеги на чужие муравейники, захватывают там личинок и куколок, выводят из них в своем муравейнике взрослых особей, которые и выполняют всю работу -

«рабовладельчество». При этом рабовладельчество можно считать высшей формой материнского инстинкта при хищническом нападении на чужую общину.

Нейтрализм - это такая форма биотических отношений, при которой сожительство двух видов на одной территории не влечет для них ни положительных, ни отрицательных последствий. При нейтрапизме виды не связаны друг с другом непосредственно, но зависят от состояния сообщества в целом. Например, белки и лоси существуют, не зависимо друг от друга, однако угнетение леса отрицательно сказывается на оба вида.

Мы рассмотрели основные виды межвидовых отношений. Любые межвидовые взаимоотношения приводят к динамике численности организмов в биоценозах. Исследования таких отношений всегда привлекали ученых- экологов. Наибольшего признания получили работы А. Лотки и В. Вольтерра, изучающих взаимоотношения хищник - жертва и паразит - хозяин. Они установили, что во взаимоотношениях действует динамическая саморегулирующаяся система, где волна подъема численности паразита следует за волной подъема численности хозяина. В результате своих наблюдений В. Вольтерра сформулировал три закона:

Закон периодического цикла: колебания численности двух видов являются периодическими и зависят от коэффициента роста популяции хищника и жертвы и исходной относительной численности.

Закон сохранения средних величин: средняя численность популяции обоих видов остается постоянной, независимо от первоначальной численности до тех пор, пока скорости увеличения и уменьшения популяций, а так же интенсивность хищничества постоянны.

Закон нарушения средних величин: если уничтожать особей обоих видов в одинаковой степени, то средняя численность популяции жертвы будет расти, а хищника - падать.


&&&