Курс лекций по "Экологии"

Закон необходимости разнообразия утверждает, система не может сформироваться из абсолютно одинаковых элементов или на принципе монополизма. Монокультуры не обладают свойствами самоподдержания. Эффектом группы называют улучшение физиологических процессов, ведущих к повышению устойчивости жизнеспособности при совместном существовании.

 С биоразнообразием  связаны  особенности сообществ  как надорганизованных систем:

1. Сообщества всегда возникают из готовых частей, представители различных видов или целых комплексов их, имеющихся в окружающей среде.
2. Части сообщества заменяемы: один вид может занять место другого со сходными экологическими требованиями без ущерба для системы.
3. Сообщества существуют в основном за счет уравновешивания противоположно направленных сил
4. Сообщества основаны на количественном регулировании одних видов другими
5. Размеры сообществ определяются внешними причинами, а предельные размеры организмов ограничены их внутренней  наследственной программой. Чем сложнее структура популяции, тем выше ее приспособительные возможности.

Большое значение при разработке систем земледелия имеет  закон возврата. Предельно допустимой концентрации токсикантов для отдельных компонентов системы зависит от сочетания внешних факторов. Согласно закону толерантности имитирующим фактором процветающего организма м.б.как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон у которых определяет величину выносливости между организмами

Один и тот  же фактор в сочетании с другими  оказывает неодинаковое экологическое  воздействие, и наоборот, один и тот  же результат может быть получен  разными путями:

1. Толерантность по отношению к данному фактору и положение зоны оптимума могут быть различными для различных физиологических и экологических функций организма.
2. Граница эко.толерантности характеризует не биологические виды, а отдельные их географические популяции
3. Толерантность организма по отношению к одному и тому же фактору зависит от пола и возраста.
4. Оптимальная зона и пределы выносливости организма по отношению к тому или иному фактору могут заметно смещаться в зависимости от того, в каком сочетании и с какой силой действуют одновременно другие факторы.
5. Интегральное действие на организм в совокупности экологических факторов осложнено явлениями монодоминантности, синергизма, антагонизма и в провокационности .

Важным вопросом является прогноз максимально возможной  биологической продуктивности для  конкретных территорий. Популяциям свойственен  рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях.

№2

Закономерности, аксиомы, постулаты и правила  агроэкологии.

При рассмотрении установленной зависимости влияние  антропогенных факторов на агро-фитоценозы, целесообразно рассматривать законы, закономерности… и эмперические зависимости. Преображенским сформулированы следующие основные системные ландшафтные географические постулаты:

1. Системная аксиома - окружающий нас мир в системе; все разнообразные элементы его взаимосвязаны.
2. Иерархическая А. – любая система состоит из системы низкого ранга и входит в системы высшего ранга .
3. Временная А. – наблюдаемые явления – момент в общем ходе прошлого и будущего развития
4. Планетарная А. – планеты – открытые системы.
5. Земледельческая А.
6. Ландшафтная А. – существует иерархическое подчинение ландшафтов.

Реализуются в  различных природных циклах (геохимическая  деятельность)

Законы, управляющие  геохимической деятельностью организмов в биосистеме:

1. Биогенная миграция атомов, химических элементов в биосфере, всегда стремится к максимальному своему проявлению.
2. Эволюция видов в ходе биологического времени, приводящего  к созданию устойчивых в биосфере форм жизни ведет к направлению, увеличивающего биогенную миграцию атомов в биосфере

Учение о биосфере Вернадского

Распределение химических элементов в земной коре подчиняется следующим закономерностям:

1. Закона Кларка Вернадского: все химические элементы есть везде
2. Закон Ферсмана: усложнение строения атома ядра химических элементов, его утяжеление ведет к уменьшению кларков элементов.
3. В земной коре преобладают элементы с четными порядковыми номерами, ядровыми числами
4. Среди соседних элементов четные всегда кларки выше, чем нечетные
5. Особенно велики кларки атомных элементов, атомные массы которых делятся на4, начиная с Al наибольшими кларки обладают 5 и 6 элемент.

Условия прогрессивного развития системы

Основываясь на принципах энергоэнтропики – 

Энтропия –  состояние системы с повышенным содержанием энергии. При повышенной энтропии любая система находится  в возбужденном состоянии, система  стремится перейти в спокойное  состояние (динамика численности различных  видов – урожайность/неурожайность). При существовании любой живой  системы преимущественно получают развитие те процессы в системе, которые  при совокупности внешних и внутренних условий могут достигать максимального  значения энтропии и максимальной энергетической эффективности (при потреблении  такой биомассы извлекается максимум КПД, который служит гарантом долговечности  этой системы – селективная работа, выбор технологий обработки почвы, племенная работа в животноводческом хозяйстве – особенность существования агросистем). Таким образом, человек должен постоянно поддерживать высокое состояние энтропии, но  при нарушении экологической обстановки (нерациональное природопользование, несовершенство с/х-ных технологий) начинают происходить нежелательные процессы – эрозия, деградация почв, преобладает тенденция рассеивания вещества в пространстве. Вырабатываются специальные алгоритмы, под которые подходят те или иные типы агроценозов, используемые человеком для разных нужд (рекреационные территории, животноводческие системы). Расчетные модели, учитывается действие разнообразных факторов. Существует несколько законов, которые позволяют классифицировать системы на типы, установить взаимозависимое влияние экологических факторов на деятельность этих агрофитосистем: закон Эшби – системы/агросистемы, состоящие из большого числа разнообразных элементов менее подвержены колебаниям. Для агрофитоценозов, на основании этого закона, можно выделить след.зависимости:

• Чем более контрастна и сложна структура почвенного покрова, тем устойчивее почвенный покров к стрессовым ситуациям и антропогенным воздействиям;
• Чем сложнее фракционный состав соединений в почве, тем устойчивее почва к факторам, изменяющие их подвижность.

Естественные  биоценозы: можно выделить несколько  этапов:

1. Этап существования пионерных сообществ (заселение территории низшие растения, создают условия, формируют определенный состав почв)
2. Развитие (появляются виды-доминанты, те виды, для которых созданы условия, являются более благоприятны, эти виды преобладают на данной территории)
3. Устойчивый уровень (завершается процесс заселения данной территории. Соотношение видов приобретает равновесие. Время от времени в таких сообществах возникают сукцессионные перестройки – процесс смены одного природного сообщества на другое сообщество с другим набором видов.)

Агрофитоценозы:

Человек, используя  монокультуры, подменяет сукцессионные  процессы, процессами, которые входят в мероприятия севооборотов. Поддерживается качественный состав почвы, грамотное  применение удобрение – комбинируются  естественные процессы.

Естественные  системы, содержащие большое число  видов растений более устойчивы  к стрессовым ситуациям и антропогенным  воздействиям, чем культурные ландшафты.

Факторы, оказывающие влияние  на ценозы:

Факторы жизни  тесно взаимосвязаны друг с другом, и изменение одного параметра, не характерного для данного сообщества, но необходимого для развития видов, приводит к изменению всех других параметров в сообществе в большей  или меньшей степени. Поэтому  для нормального существования  ценоза необходимо не гомогенная, а  гетерогенная почва, поскольку преобладание одних свойств (на территории) может  привести к ухудшению других свойств. Таким образом, любой уровень  антропогенной нагрузки на сообщество приводит к изменению его свойств  и сдвигает равновесие на новый/другой уровень, и достигнутое новое  равновесное состояние требует  действия факторов в определенном количественном и качественном соотношении. Устойчивость почвы (природного сообщества) к антропогенным  нагрузкам описывается несколькими  «переменными»(т.е. может быть определена математическим путем). Наиболее важными параметрами, которые учитывают при оценке почв к антропогенному воздействию, можно выделить:

1. Плодородие почв (определеяется на основании качественного состава органических/неорганических веществ, на основе структуры почв) – показатель характеризует степень  буферности почвы и способность сохранять свои структурно-функциональные характеристики при массировном антропогенном воздействии. Для разнообразных объект конкретного сообщества понятие «скорости» и «продолжительности» воздействия весьма относительны,т.е. у каждой группы живых организмов наблюдается свое исчисление времени, которое определяется скоростью внутренних процессов. При оценке влияния продолжительности воздействия и скорости воздействия фактора на объект существуют следующие закономерности:

1. Более молодые объекты более податливы к действию экологического фактора (основан на потенциальных возможностях объектов)
2. Эффект оказываемого действия определяется продолжительностью воздействия относительно времени всей жизни данного объекта/сообщества
3. Важное значение имеет фаза развития объекта (в зависимости от уровня развития самого природного сообщества)
4. Продолжительность воздействия зависит/определяется скоростью развития процессов в организме, а также кратностью включения действующего на объект вещества в процессе метаболизма. (биологический смысл сводится к тому, что адаптация и селективные свойства почвы к определенным факторам внешней среды, заложенные на начальном этапе развития, сохраняется в течение всей жизни объекта, а совокупность факторов воздействует сильнее всего на организм в те фазы, когда сам объект имеет наименьшую толерантность/устойчивость к действию этого фактора.

Выводы: 1)формирование сообщества, как компонента экосистемы/биосферы, и развитием его экологических  функций обусловлено взаимовлиянием различных групп факторов.

2. Эволюционные изменения объясняются/обусловлены известными абиотическими факторами, а также воздействием различных геофизических явлений, которые способствуют формированию почвенных геохимических барьеров, защищающих данное сообщество от серьезных изменений.
3. Формирование экологических функции почвы, как основы природного сообщества, зависит от экологических функций/свойств растений, рельефа, грунтовых вод и почвообразующих пород.
4. Активный слой почвенного покрова способен накапливать результаты внешних воздействий (проявляется в широком диапазоне – от изменения структурных изменений характеристик почвы: почва уплотняется, уменьшается пространство; и изменяется качественный состав почвы – тропинки, дороги в лесу)
5. Почва развивается и постепенно стареет, и такое состояние характерно больше всего для культурных почв, поскольку почвы в данном случае менее динамичны в проявлении своих свойств с учетом коэф.использования солнечной и антропогенной энергии.
6. В целом, развитие система и ценозов определяется трансформацией, миграцией и накоплением не только вещества и энергии, но также и информации -  строение почвенного профиля, наличие гумуса, минералов и иных новообразований, которые дают возможность проследить эволюционный путь почвы и ее отдельных компонентов.

  Общая характеристика  почвенного покрова 

    Почва — поверхностный слой литосферы Земли, обладающий плодородием и представляющий собой полифункциональную гетерогенную открытую четырёхфазную (твёрдая, жидкая, газообразная фазы и живые организмы) структурную систему, образовавшуюся в результате выветривания горных пород и жизнедеятельности организмов.^[1] Её рассматривают как особую природную мембрану (биогеомембрану), регулирующую взаимодействие между биосферой, гидросферой и атмосферой Земли. Почвы являются функцией от климата, рельефа, исходной почвообразующей породы, микроорганизмов, растений и животных (т.е. биоты в целом), человеческой деятельности и изменяются со временем.