Силина Елена Константиновна Московский государственный технический университет путей сообщения, Российская открытая академия транспорта 2011 рабочая программа
| Вид материала | Рабочая программа |
- Санкт-петербургский государственный университет путей сообщения министерство путей, 581.81kb.
- Л и с т федеральное агентство железнодорожного транспорта гоу впо «Московский государственный, 619.66kb.
- Рабочая программа для студентов IV курса специальности, 89.5kb.
- Рабочая программа для студентов VI курса специальности, 166.32kb.
- Методология оценки стоимости объектов недвижимости железнодорожного транспорта, 649.6kb.
- Учебное пособие москва 2011 фгб оу впо «московский государственный университет путей, 1445.09kb.
- Министерство путей сообщения российской федерации московский государственный университет, 586.08kb.
- Московский Государственный Университет Путей Сообщения 1999 2004 гг. Специальность, 56.96kb.
- Ушаков Денис Сергеевич Ростовский государственный университет путей сообщения рабочая, 853.88kb.
- Ушаков Денис Сергеевич Ростовский государственный университет путей сообщения рабочая, 523.24kb.
44.6 ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЗДЕЙСТВИЯ АБИОТИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ..ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША
Диапазон устойчивости, пределы устойчивости и оптимум
По отношению к любому фактору вид обладает определенным диапазоном устойчивости или толерантности. Этот диапазон ограничен пределами устойчивости (толерантности): если фактор выходит за пределы толерантности, организм гибнет. При значениях фактора, близких к пределам толерантности, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В средней части диапазона устойчивости имеются условия наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют устойчивыми или оптимумом. Оптимум - такие условия, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, т. е. оставляют наибольшее число потомков).
В зависимости от ширины диапазона устойчивости к тем или иным факторам организмы делятся на стенобионтов и эврибионтов.
Регулирующие факторы. "Правило минимума" и ограничивающий фактор. Любой фактор среды может ограничивать рост численности популяции. Если фактор в конкретной ситуации влияет на численность, его называют регулирующим. Регулирующими факторами могут быть как ресурсы (пища), так и условия (температура, влажность). Регулирующими факторами могут быть и абиотические факторы (воздействие на популяцию хищников или паразитов).
Поиск регулирующих факторов - важная задача многих исследований. Фактор, оказывающий самое сильное воздействие на популяцию, называется ограничивающим или лимитирующим.
Понятие лимитирующего фактора было введено в 1840 г. химиком Ю. Либихом. Он сформулировал принцип: "Веществом, находящееся в минимуме управляется урожай, и определяется величина и устойчивость последнего во времени". Этот принцип известен под названием правила минимума Либиха (рис "бочка Либиха").
Правило минимума имеет очень важное значение для сельскохозяйственной практики и для понимания функционирования природных экосистем.
Взаимодействие факторов. Понятие экологической ниши. Экологические факторы взаимодействуют между собой. При экстремальных значениях одного из факторов диапазон устойчивости к другим факторам сокращается.
Организмы приспосабливаются ко всей совокупности действующих на них факторов. Комплекс факторов, которые требуются для существования вида, включая его связи с другими видами в сообществе, называются экологической нишей. Экологическая ниша - характеристика всех сторон образа жизни данного вида.
Различают фундаментальную и реализованную ниши.
Фундаментальная экологическая ниша - те условия, в которых вид в принципе может существовать. Реализованная ниша – условия, где вид реально встречается в данном сообществе. Реализованная шина всегда составляет некоторую часть фундаментальной.
Каждый вид имеет свою экологическую нишу. Экологическая ниша вида определяет его распространение и роль в сообществах.
45.ПОПУЛЯЦИЯ
45.1 ПОНЯТИЕ ПОПУЛЯЦИИ В ЭКОЛОГИИ, ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ПОПУЛЯЦИЙ
Природные сообщества состоят из популяций различных организмов. Популяция - любая, способная к самовоспроизведению группа особей одного вида (дафнии в пруду, голуби в городе).
Вид, как правило, включает множество популяций, изоляция между ними почти никогда не бывает абсолютной; между отдельными популяциями всегда происходит обмен особями благодаря миграциям. Степень изолированности зависит от способности особей к расселению, от наличия географических преград в пределах ареала вида, а также от характера местообитаний. Изолированность популяций может зависеть от численности вида.
В пределах вида существует обособленные группировки особей разного "ранга" (семейные группы, стадо.)
Особи в популяциях сложным образом взаимодействуют между собой. Специфические внутривидовые взаимодействия - это отношения между особями разного пола и между родителями и потомками, связанные с продолжением рода. Кроме этих отношений в популяциях наиболее развиты два противоположных типа взаимосвязей - конкуренция и взаимопомощь; иногда может иметь хищничество внутри вида (каннибализм) и другие формы взаимодействия особей. От взаимоотношения особей в популяции между собой и со средой обитания зависит структура популяции и динамика численности.
Структура популяции - это ее подразделенность на части (или группы) и соотношение этих частей (возрастная, половая, генетическая и фенетическая структуры).
Пространственная структура популяции - особенности размещения особей в пространстве. Она зависит от свойства местообитания и от биологических особенностей вида. Часто особи одного вида образуют скопления или группы. У многих животных семейные группы, стаи или отдельные особи держатся на определенной территории.. Таким животным свойственно территориальное поведение. Пространственная структура популяции может изменяться во времени; она зависит от сезона года, от численности популяции, от возрастной структуры и др.
Динамика численности -- это изменения численности особей в популяции. Численность или поголовье - это общее количество особей в данной популяции. Плотность популяции - число особей, приходящихся на единицу площади или объема.
Даже при постоянной численности. популяции обновляются вследствие смены поколений или миграций. Изменения численности зависят от соотношения прибыли новых особей благодаря рождению и вселению из других популяций и убыли в результате гибели и выселения особей.
| Основные биотические факторы среды |
| Плотность популяции, пространственное распределение особей в популяции |
| Соотношение полов. |
| Численность популяции |
| Плодовитость |
| Продолжительность жизни |
| Возрастная (демографическая структура) |
| Этологические (поведенческие) реакции |
45.2 ДИНАМИКА ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ
Биотический потенциал и экспоненциальный рост численности.
Все живые организмы теоретически способны к очень быстрому увеличению численности. При неограниченных ресурсах и отсутствии гибели от болезней, хищников даже при низкой исходной численности популяции любого вида за сравнительно короткий промежуток времени может так вырасти, что покроет весь земной шар сплошным слоем, способность к увеличению численности за данный промежуток времени называют биотическим потенциалом вида. У разных видов биотический потенциал резко различается. У крупных животных численность может возрастать в 1,05 -1,1 раза в год, у мелких насекомых и ракообразных в 1010 - 1030 раз.
В идеальных условиях численность растет в геометрической прогрессии, такой рост называется экспоненциальным ростом. Величина изменения численности за единицу времени называется абсолютной скоростью роста, эта величина пропорциональна численности особей. Удельная скорость роста численности - это скорость прироста на душу населения, эта величина и отражает биотический потенциал.
Экспоненциальный рост реально наблюдается в условиях избытка ресурсов (пищи, места для размножения), когда популяция не испытывает воздействия неблагоприятных факторов.
Рост численности при ограниченных ресурсах. Емкость среды.
По мере увеличения плотности популяции рост численности популяции замедлятся, так как условия для роста и размножения особей становятся менее благоприятными. По мере ухудшения условий удельная скорость роста снижается, и при некоторой плотности численность популяции перестает расти. Эту предельную плотность, которой может достигнуть популяция в данных условиях, называют емкостью среды.
Емкость зависит от наличия ресурсов для данного вида. При плотности популяции равной емкости среды, скорость потребления ресурсов равна скорости их возобновления. Если плотность становится больше емкости среды, то ресурсов становится слишком мало, в популяции возрастает смертность или резко снижается рождаемость, и ее плотность начинает понижаться.
Если рост популяции ограничен ресурсами, то после достижения емкости среды численность популяции колеблется возле некоторого среднего уровня(рис )
Рождаемость и смертность. Возрастная структура,
В популяциях микроорганизмов удельная скорость роста зависит от скорости деления клеток.
В популяциях многоклеточных организмов удельная скорость роста зависти от рождаемости и смертности.
Рождаемость характеризует частоту появления новых особей в популяции. Различают рождаемость абсолютную и удельную.
Абсолютная рождаемость - число особей, появившиеся в популяции за единицу времени.
Удельная рождаемость выражается в числе рожденных особей на особь в единицу времени.
Смертность (абсолютная и удельная) характеризует скорость убывания численности популяции вследствие гибели от хищников, болезней и старости.
В замкнутых популяциях полное изменение численности определятся соотношением рождаемости и смертности. Если рождаемость выше смертности, то удельная скорость роста положительная. Если же смертность выше рождаемости, то удельная скорость роста становится отрицательной и численность популяции начинает убывать.
Рождаемость и смертность, динамика численности напрямую связаны с возрастной структурой популяции. Условия существования особей разного вида в популяции часто резко отличны. Различна и их, смертность. Для предсказания изменения численности реальной природной популяции, нужно знать ее возрастную структуру, половой состав, а также плодовитость особей разного возраста.
45.3 КОЛЕБАНИЯ ЧИСЛЕННОСТИ И ГОМЕОСТАЗ ПОПУЛЯЦИЙ
Колебания численности популяции и их причины
В природе численность популяций испытывает колебания. Амплитуда и период этих колебаний зависят от особенностей вида и от условий среды обитания. У многих крупных позвоночных при относительно постоянных условиях внешней среды численность колеблется всего в несколько раз. В основном она держится на постоянном уровне, отклонения от которого возникают в случайные моменты времени.
В популяциях многих насекомых даже ежегодные колебания численности около среднего значения имеют амплитуду в 40 - 50 раз. В отдельные годы при благоприятных условиях наблюдаются резкие вспышки численности в десятки тысяч и даже в миллионы раз. (саранча - один раз в сорок лег).
Кроме нерегулярных колебаний у ряда организмов выявлены периодические колебания численности с достаточно постоянной длительностью цикла.
Факторы, зависящие и независящие от плотности популяции. Разнообразные факторы, влияющие на численность популяции, делят на зависящие и независящие от ее плотности.
К факторам независящим от плотности популяции относят абиотические факторы (суровая зима, сильный шторм, продолжительная засуха, снегопады, жесткий снежный наст).
К факторам зависящим от плотности популяции относится большинство биотических факторов: конкуренция, воздействие хищников, обеспеченность пищей, распространение инфекций.
Биотические факторы зависят от плотности популяции, чем выше плотность, тем сильнее влияние этих факторов.
Механизм действия факторов, зависящих от плотности. Обратные связи и гомеостаз в популяциях.
Важная особенность зависящих от плотности факторов состоит в том, что их воздействие обычно сглаживается колебаниями численности; при возрастании плотности популяции способствует ее возвращению к среднему ее значению. Эти факторы действуют как механизм регуляций и способствует поддержанию численности на определенном уровне, т.е. гомеостаза популяции.
При росте плотности популяции снижается снабжение их пищей. У многих животных от потребления пищи зависит их плодовитость. При увеличении плотности популяции плодовитость падает, и это предотвращает рост численности. У растений происходит "самоизрежеживание", регулирующее плотность. По мере роста деревьев увеличивается их крона, усиливается затемнение, не хватает воды, в результате конкуренции часть деревьев погибает.
От плотности зависит распространение заболеваний. При высокой плотности возникают массовые заболевания, и смертность приводит к падению численности.
Важную роль в регуляции плотности у животных играют поведенческие факторы (у грызунов при большой плотности возрастает агрессивность и возникают гормональные расстройства, что приводит к рассасыванию эмбрионов и предотвращению перенаселения). Другая форма поведения, приводящая к регуляции численности - территориальность. Территория, занимаемая популяцией, поделена на индивидуальные участки.
В сообществах существуют сложные взаимодействия между видами, работающие по принципу отрицательной обратной связи. На численность популяции каждого вида влияет воздействие многих хищников и паразитов.
Множественность механизмов регуляции численности приводит к тому, что в природных сообществах очень редко происходит катастрофический рост численности, подрыв ресурсов и гибель популяции.
45.4 ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СТРАТЕГИИ.
Экологическая стратегия. Влияние условий среды на смертность.
Приспособление организмов направлены на повышение вероятности выживания и оставление потомства. Экологическая стратегия - это общая характеристика роста и размножения данного вида. Сюда входят темпы роста особей, их время достижения половозрелости, плодовитость, периодичность размножения и др.
Экологическая стратегия зависит и от особенностей вида, и от условий среды. Особенно большое влияние на стратегию роста и размножения оказывают факторы, вызывающие смертность. Если смертность вызвана в основном резкими непредсказуемыми изменениями абиотических факторов, то при этом происходит неизбирательная элиминация (уничтожение) особей. Гибель той или иной особи не зависит от ее качества. Такое же влияние оказывают некоторые хищники, от которых трудно защититься. В других случаях основную роль играют иные факторы отбора: внутри или межвидовая борьба за ресурсы, хищники, охотящиеся на отдельных жертв. В этих условиях вероятность гибели зависит от качества особи.
Представления об r и К-стратегиях.
Экологические стратегии очень разнообразны. Однако среди них выделяются две: r и К.
r-стратегия определяется отбором па повышение роста популяции в мерном ее ниткой плотности. . Для r-стратегии характерны такие качества, как быстрое достижение половозрелости, небольшие размеры особей к большое количество потомков, малая продолжительность жизни, а также высокая способность к расселению, г-стратегия встречается у животных, живущих в среде с резкими и непредсказуемыми изменениями условий или в эфемерных (существующих очень недолго) биотопах, например в пересыхающих лужах. Численность организмов в таких популяциях резко колеблется. При этом смертность не связана ни с индивидуальными особенностями, ни с плотностью популяции. В таких условиях отбор благоприятствует высокой скорости размножения. Благоприятный для размножения период короток, н особям выгодно достигать быстро половозрелости.
К-стратегия возникает под действием отбора на повышение выживаемости при высокой плотности популяции, близкой к емкости среды. К-стратеги медленно развиваются имеют более крупные размеры и большую продолжительность жизни, образуют небольшое количество более крупных, хорошо защищенных потомков.
Если условия среды стабильны или меняются закономерно (сезонно), то в такой среде могут существовать популяции с достаточно постоянной численностью, которые полно используют ресурсы. Чтобы дорасти до взрослого состояния и принять участие в размножении, молодые особи должны выдержать острую конкурентную борьбу. В таких условиях выгодно иметь немного конкурентных потомков. Поэтому для К-стратегов характерны забота о потомстве, рождение немногих крупных детенышей или образование крупных семян.
Между этими крайними стратегиями существуют переходы, ни один из видов не подвержен только r- или только К-отбору.
46 СООБЩЕСТВА И ЭКОСИСТЕМЫ
46.1 СООБЩЕСТВА - СЛОЖНЫЕ МНОГОВИДОВЫЕ СИСТЕМЫ. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ БИОМОВ
Сообщества - живой компонент экосистем, оно является совокупностью сосуществующих популяций разных видов. Вместе с неживыми компонентами сред, сообщество составляет экосистему.
Наиболее крупные сообщества, характеризующиеся определенным типом растительности и климатом называются биомы (тайга, тундра, тропический дождевой лес).
Основные типы биомов:
1. Тундра
2. Хвойный лес
3. Лиственный лес
4. Влажный тропический лес
5. Степь
6. Пустыня.
Наблюдается практически идентичная тенденция смены биомов в широтном (с юга на север) и вертикальном (при подъеме в горы) направлениях. В зависимости от климатических условий формируются те или иные биомы, представленные многочисленными видами живых организмов.
На разных континентах в силу ряда обстоятельств (климат, изоляция живых организмов) образовались крупные биогеографические области, характеризующиеся различными биомами.
Одинаковые биомы разных биогеографических областей во многом сходны
Биогеографическое районирование Земли:
I. Голарктическое царство:
1. Арктическая область
2. Евро-сибирская область
а) циркумбореальная подобласть (тайга)
б) среднеевропейская подобласть (лиственные леса)
в) евроатлантическая подобласть
3. Высокогорные подобласти (альпийская и кавказская)
4. Арало-каспийская область
5. Средиземноморская область
6. Североамериканская область
II. Неотропическое царство (Неогея), (Южная Америка)
Ш.Эфиопское царство (афромадагаскарское)
1. Мадагаскарская область
2. Капская область
3. Сахаросинская область
IV. Индамалайское царство (Южный Китай, Индия, Суматра, Ява, Калимантан), Австралопапуасское царство (Нотогея) (Австралия, Тасмания, Новая Зеландия, Новая Гвинея, Сулавеси, Малукские острова)
VI. Полинезийское царство (острова Полинезии, Микронезии и Меланезии)
VII. Антарктическое царство (Южные океанические острова, Антарктида), Районирование Мирового океана:
1. Северная (арктическая) полярная зона
2. Северная (бореальная) полярная зона
3. Северная (субтропическая) зона
4. Тропическая зона
5. Южная субтропическая зона
6. Южная (нотальная) умеренная зона
7. Южная (антарктическая) умеренная зона
| Распределение биомассы по поверхности суши: |
| биомасса возврастает, количество видов увеличивается, плотность жизни возрастает П  олюс Экватор |
Крупные сообщества - устойчивые системы, некоторые из них существуют без заметных изменений сотни и тысячи лет. Смена сообществ происходит в процессе эволюции по мере вымирания одних видов и возникновении других.
Сообщества характеризуются такими свойствами как пространственная структура ( особенности размещения организмов) и видовая структура ( состав видов и их количественные соотношения), но сообщество - не просто сумма составляющих его видов.
46.2 БИОГЕНОЗЫ. ЭКОСИСТЕМЫ.
Биогеоценоз - комплекс взаимосвязанных видов (популяций разных видов), обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существования.
Биогеоценоз является саморегулирующейся системой, в которой численность особей каждого вида поддерживается на определенном уровне. Биогеоценоз включает в себя комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии, сохраняющийся в пределах однородного участка земной поверхности. От экосистемы отличается тем, что обозначает определенный природный объект, отделенный конкретными границами от таких же объектов, и является структурной единицей биосферы.
Живые компоненты - все живые организмы образуют биоценоз, косные компоненты - приземный слой атмосферы, то есть ее газовые и тепловые ресурсы, солнечная энергия, кора выветривания, вода- составляют биотоп.
Переход одного биоценоза в другой в пространстве и времени сопровождается изменением состояния всех компонентов и обмена в целом.
Изменения биогеоценоза могут носить циклический характер, являясь обратимыми (флуктуации), либо иметь однонаправленный характер, то есть являться необратимыми (сукцессии).
Свойства биогеоценоза: динамичность и устойчивость.
Биогеоценоз - саморегулирующая и устойчивая система, он устойчив за счет того, что в пищевых цепях существует несколько вариантов каждого компонента. Это позволяет биогеоценозу оставаться устойчивым, когда численность какого-либо вида резко падает. В этом случае его функции выполняет другой вид.
Характеристики биогеоценоза:
1. Видовое разнообразие - число видов, образующих данный биогеоценоз.
2. Плотность популяции -- количество особей данного вида на единицу площади или в единице объема.
3. Биомасса - общее количество органического вещества всей совокупности особей с заключенной в ней энергией.
Агроценозы (биоценозы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека), как правило, неустойчивы (требуют химикатов для борьбы с сорняками и т. д.), так как одно из звеньев пищевой цепи представлено только одним видом (рожь, пшеница и т. д.).
Саморегуляция в биогеоценозе проявляется в том, что все виды в нем существуют совместно, не уничтожая друг друга полностью, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем.
| Сравнение бигеоценоза и агроценоза | |
| Биоценоз | Агроценоз |
| Устойчивая природная экосистема, состоящая из комплекса видов | Искусственно созданный человеком биогеоценоз |
| 1.Поглощают солнечную энергию - открытые системы 2. Состоят из продуцентов, консументов и редуцентов. Внутри них существуют цепи питания и действует правило экологической пирамиды. 3. Внутри них действуют все факторы эволюции (наследственная изменчивость, борьба за существование, естественный отбор) | |
| Сложившийся естественным образом видовой состав организмов. Численность различных видов сбалансирована | Искусственно подобранный набор сельскохозяйственных культур; преобладает численность одного - двух видов |
| Разнообразный видовой состав, пищевые цепи длинные. | Видовой состав скудный. Пищевые цепи короткие |
| Органические вещества остаются внутри системы | Система неустойчива. Без помощи человека не существует |
| Активно действуют факторы эволюции | Действие факторов эволюции ослаблено человеком |
Каждый живой организм живет в окружении множества других, вступая с ними в самые разнообразные отношения, как с положительными, так и с отрицательными для него последствиям.
Экосистемы существуют за счет солнечной энергии, количество которой постоянно и избыточно. Энергия не возникает и не исчезает, она лишь переходит из одного вида в другой (первый закон термодинамики).