Шпаргалка по "Основам экологии"

Вопрос 14. Энергетические потоки в экосистемах. Правило 10%.

Энергетические  потоки в экосистемах начинаются с реакции фотосинтеза. Фотосинтез – уникальная биоэнергетическая реакция зеленых растений. Солнечная энергия, диоксид углерода, вода и минеральные соли – это ресурсы для создания первичной продукции в процессе фотосинтеза в клетках зеленых растений. Они поглощают свет особыми пигментами. В результате сложных химических реакций вода и диоксид углерода соединяются в молекулы углевода с выделением свободного кислорода. Реакция фотосинтеза является сложной и проходит с образованием многих промежуточных веществ. Схематически процесс можно представить так: 6СО2 + 6Н2О С6Н12О6 + 6О2 + Q. Энергетические потоки в экосистемах осуществляются через пищевые цепи. Первичный органический материал, синтезируемый автотрофными растениями, как вещество и энергия передается по цепям питания всем гетеротрофным организмам. Энергия солнечного света связывается в процессе фотосинтеза, и далее ее расходование происходит в виде химической энергии веществ. Вещества последовательно потребляются организмами и включаются в обмен веществ в составе вторичной продукции трофических групп. Наиболее высокой эффективностью использования солнечной энергии обладают хвойные леса - 1-3 %, листопадные леса способны усваивать для биомассы 0,5-1 % этой энергии, а растения пустынь лишь 0,01-0,02 %, несмотря на высокую освещенность. В идеальных условиях у зерновых культур максимальная эффективность фотосинтеза составляет 3-10 %. Продуктивность экологических систем и соотношение в них различных трофических уровней принято выражать в форме пирамид. Они наглядно иллюстрируют соотношение биомасс и эквивалентного им количества энергии в каждом звене пищевой цепи. Пирамиды используют в практических расчетах при обосновании, например, площадей сельскохозяйственных культур, необходимых для обеспечения кормами скота, а затем и населения животным белком. В соответствии с законом пирамиды энергий, с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой в среднем не более 10% энергии. Превышение этой величины недопустимо, так как в этом случае может произойти полное исчезновение популяций.  

Вопрос 15. Трофические уровни. Передача энергии  и биомассы по трофическим уровням. Правило пирамид.

Трофический уровень — это совокупность организмов, занимающих определенное положение в общей цепи питания. К одному трофическому уровню принадлежат организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней. Так, зеленые растения занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные животные — второй (уровень первичных консу-ментов), первичные хищники, поедающие травоядных, — третий (уровень вторичных консументов), а вторичные хищники — четвертый (уровень третичных консументов). Трофических уровней может быть и больше, когда учитываются паразиты, живущие на консументах предыдущих уровней. Такая последовательность и соподчиненность связанных в форме трофических уровней групп организмов представляет собой поток вещества и энергии в экосистеме, основу ее организации.

В водоеме  продуцентами являются зеленые водоросли. Их поедают мелкие растительноядные ракообразные (дафнии, циклопы) - консументы (потребители) первого порядка. Этих животных потребляют в пищу плотоядные личинки различных водяных насекомых (например, стрекоз). Это консументы (потребители) второго порядка. Личинками питаются мелкие рыбы (например, плотва) - консументы (потребители) третьего порядка. А рыбы становятся добычей щуки - консумента (потребителя) четвертого порядка. Такую последовательность питающихся друг другом организмов называют пищевой, или трофической, цепью. Отдельные звенья трофической цепи называют трофическими уровнями. Пищевые цепи состоят, как правило, из трех - пяти звеньев, например: растения  овцы  человек; растения  кузнечики ящерицы орел; растения  насекомые лягушки змеи  орел. Пищевые сети, возникающие в экосистеме, имеют структуру, для которой характерно определенное число организмов на каждом трофическом уровне. Замечено, что число организмов прямо пропорционально уменьшается при переходе с одного трофического уровня на другой. Такая закономерность получила название "правило экологической пирамиды". В данном случае рассмотрена пирамида чисел. Она может нарушаться, если мелкие хищники живут благодаря групповой охоте на крупных животных. Для каждого трофического уровня характерна своя биомасса - суммарная масса организмов какой-либо группы. В пищевых цепях биомасса организмов на разных трофических уровнях различна: биомасса продуцентов значительно выше, чем биомасса консументов - растительноядных животных. Биомасса каждого из последующих трофических уровней пищевой цепи также прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название пирамиды биомасс.

Вопрос 16. Стабильность и устойчивость экосистем. Принцип Ле-Шателье. Закон Эшби.

Стабильность экосистемы - это способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные свойства при воздействии внешних факторов.

Устойчивость  экосистемы - способность экосистемы возвращаться в исходное или близкое к нему состояние после прекращения воздействия факторов, которые вывели ее из состояния равновесия. Устойчивость и стабильность – параметры экосистем зависящие чаще не так от структуры самих сообществ (их разнообразия), как от биолого-экологических характеристик видов-эдификаторов и доминантов образующих эти сообщества. Например, высокая стабильность и значительная устойчивость относится к сосновым лесам на бедных песчаных почвах, несмотря на небольшое видовое разнообразие таких экосистем. Это связано прежде всего с тем, что сосна очень пластична и поэтому на трансформацию условий, в частности уплотнение почв она реагирует понижением продуктивности и иногда – распадом экосистемы. Одним из фундаментальных правил, которым подчиняются все экосистемы, является принцип Ле Шателье — Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Принцип Ле-Шателье: «Если на систему, находящуюся в равновесии оказывается какое либо внешнее воздействие, то система стремиться перестроиться таким образом, чтобы максимально уменьшить это воздействие. Отсюда следует термин адаптация ». Закон Эшби: «Максимальная устойчивость экосистемы отвечает максимальному её видовому разнообразию».  

Вопрос 17. Учение Вернадского о биосфере, ее основные положения.

Учение  В.И. Вернадского о биосфере представляет собой обобщение естественнонаучных знаний, оно вобрало в себя эволюционные взгляды Ч. Дарвина, периодический  закон Д.И. Менделеева, теорию единства пространства и времени А. Энштейна, идеи о неразрывной связи живой и неживой природы многих отечественных и зарубежных ученых. В работах В.И. Вернадского рассматриваются компоненты биосферы, ее границы, функции живого вещества, эволюция биосферы. Ученый впервые показал, что живая и неживая природа Земли тесно взаимодействуют и составляют единую систему. В биосфере можно выделить следующие основные компоненты: живое вещество, косное (неживое) вещество, неживое биогенное вещество, биокосное вещество.

Живым веществом В.И. Вернадский назвал совокупность живых организмов, населяющих нашу планету. Это главная сила, преобразующая поверхность планеты, основа формирования и существования самой биосферы.

Одна  из основных заслуг В.И. Вернадского  состоит в том, что он впервые обратил внимание на роль живых организмов как мощного геологического фактора, на то, что живое вещество выполняет в биосфере различные биогеохимические функции. Благодаря этому обеспечиваются круговорот веществ и превращение энергии и, в итоге, целостность, постоянство биосферы, ее устойчивое существование. Важнейшими функциями являются энергетическая, газовая, окислительно-восстановительная, концентрационная.

Энергетическая  функция заключается в накоплении и преобразовании растениями энергии Солнца и передаче ее по пищевым цепям: от продуцентов - к консументам и, далее, - к редуцентам. В осуществлении газовой функции ведущая роль принадлежит зеленым растениям, которые в процессе фотосинтеза поглощают углекислый газ и выделяют в атмосферу кислород. Окислительно-восстановительная функция тесно связана с энергетической. Существуют микроорганизмы, которые в процессе жизнедеятельности окисляют или восстанавливают различные соединения, получая при этом энергию для жизненных процессов. Концентрационная функция заключается в способности живых организмов накапливать различные химические элементы. Например, осоки и хвощи содержат много кремния, морская капуста и щавель - йод и кальций.  

Вопрос 18. Круговорот веществ. Понятие о  биогеохимических циклах элементов.

Под круговоротом веществ понимают многократное участие  химических веществ в процессах, происходящих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в  тех частях геосфер Земли, которые  включены в биосферу планеты. При  этом рассматривают геологический, биологический (биотический), биогеохимический круговороты, а также круговороты отдельных веществ, например, воды и отдельных химических элементов, в частности, биогенных элементов – углерода, водорода, кислорода, азота, серы, фосфора и др., имеющих важное значение для функционирования биосферы. Круговорот веществ – условие существования жизни. Он возник в процессе становления жизни и усложнялся в ходе эволюции живой природы. Чтобы круговорот веществ в экосистеме был возможен, необходимо наличие в ней организмов-продуцентов, создающих органические вещества из неорганических и преобразующие энергию излучения Солнца, а также организмов, которые используют эти органические вещества и превращают их в неорганические соединения. Но в любом биогеоценозе очень скоро иссякли бы все запасы неорганических соединений, если бы они не возобновлялись в процессе жизнедеятельности организмов. В результате дыхания, разложения трупов животных и растительных остатков органические вещества превращаются в неорганические соединения, которые возвращаются снова в природную среду и могут опять использоваться автотрофами. Биогеохимические циклы. Круговорот веществ – это обмен химическими элементами между живыми организмами и неорганической средой, различные стадии которого происходят внутри экосистемы. Осуществление круговорота веществ и высвобождение запасенной в органическом веществе энергии – важная функция трофических цепей в экосистеме. Если трофическую цепь дополнить редуцентами, превращающими органическое вещество в минеральные неорганические соединения, потребляемые продуцентами в процессе образования органического вещества, то получим замкнутую цепь, по которой происходит направленное циклическое движение химических веществ, т.е. круговорот веществ. Следовательно, биогеохимические циклы – круговороты питательных веществ, участниками которых являются как живые, так и неживые компоненты экосистемы. Термин биогеохимические циклы был предложен В.И. Вернадским.  

Вопрос 19. Понятие неосферы, как новая  стадия эволюции биосферы.

Сфера взаимодействия общества и природы, в пределах которой разумная деятельность предстает главным, определяющим фактором развития биосферы и человечества, называется ноосферой.

Впервые термин "ноосфера" в 1926 - 1927 гг. употребили французские ученые Э. Лекруа в значении "новый покров", "мыслящий пласт", который, зародившись в конце третичного периода, разворачивается вне биосферы над миром растений и животных. В их представлении ноосфера - идеальная, духовная оболочка Земли, возникшая с появлением и развитием человеческого сознания. Заслуга наполнения данного понятия материалистическим содержанием принадлежит академику В. И. Вернадскому. В представлении В. И. Вернадского, человек - часть живого вещества, подчиненного общим законом организованности биосферы, вне которой оно существовать не может. Человек является частью биосферы, утверждал выдающийся ученый. Целью общественного развития должно быть сохранение организованности биосферы. Однако сохранение ее первичной организованности - "нетронутой природы" - не несет в себе творческого начала в мощную геологическую силу. "И перед ним, перед его мыслью и трудом становится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого приближаемся, и есть "ноосфера". Ноосфера представляет собой качественно новый этап эволюции биосферы, в котором создаются новые формы ее организованности как новое единство, возникающее в результате взаимодействия природы и общества. В ней законы природы тесно переплетаются с социально-экономическими законами развития общества, образуя высшую материальную целостность "очеловеченной природы". В. И. Вернадский, предугадавший наступление эпохи научно-технической революции в XX веке, основной предпосылкой перехода биосферы в ноосферу считал научную мысль. Материальным ее выражением в преобразуемой человеком биосфере является труд. Единство мысли и труда не только создает новую социальную сущность человека, но и предопределяет переход биосферы в ноосферу. 

Вопрос 20. Понятие загрязнение. Классификация загрязнения.

Загрязнение – неблагоприятное изменение окружения, являющегося побочным результатом деятельности человека. Привнесение в среду новых, не характерных для нее физических, химических или биологических компонентов или превышение естественного многолетнего содержания этих компонентов. Воздух, вода, почва – объекты загрязнения. Растения, животные микроорганизмы, человек. Загрязнение – это поступающих в окружающую среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий в количествах вредных  для здоровья живых организмов и экосистем. Классификация загрязнений: ингредиентное (химическое) – это совокупность веществ, количественно и качественно чуждых естественному биоценозу.

а) минеральные – продукты сгорания топлива, отходы производств

б) органические – бытовой сток и мусор, микробиологические препараты, отходы сельхоз предприятий. Параметрическое (физическое) – связанно с изменением качественных                параметров  окружающей среды  (тепловое, световое, ЭМ, шумовое, радиационное). Биоценотическое (на популяции) - вызывает нарушение в составе и структуре   популяций живых организмов. Стационарное – деструкционное - это изменение ландшафта и экосистем в   процессе природопользования (эрозия почв, вырубка лесов, дорожное строительство).  

Вопрос 21. Принципы рационального природопользования.

Совершенствование ресурсных циклов является магистральным  путем перехода к рациональному  природопользованию и базируется на нескольких общих правилах и принципах, которые можно использовать в любой области природопользования и производства. Эти принципы можно сформулировать следующим образом: принцип системного подхода предусматривает всестороннюю комплексную оценку воздействия производства на окружающую среду и ее ответных реакций. С позиции системного подхода ни один ресурс не может использоваться или охраняться независимо от другого; принцип оптимизации природопользования заключается в применении наиболее целесообразных решений об использовании природных ресурсов и природных систем на основе одновременного экологического и экономического подхода, прогноза развития различных отраслей и регионов; принцип опережения темпов заготовки сырья темпами выхода конечной продукции основан на снижении количества образующихся в процессе производства отходов; принцип гармонизации отношений природы и производства заключается в создании и эксплуатации природно-технических систем, обеспечивающих, с одной стороны, высокие производственные показатели, а с другой — поддержание в зоне своего влияния благоприятной экологической обстановки; принцип саморегуляции: при создании техногенных комплексов необходимо учитывать, что способностью к саморегуляции и саморазвитию могут обладать не только биологические, но отчасти и рационально созданные производственные и природно-техногенные системы, что позволяет значительно снизить их негативное влияние на биосферу и затраты на поддержание устойчивости; принцип комплексного использования природных ресурсов и концентрации производства на базе имеющихся в регионе сырьевых, энергетических, демографических ресурсов заключается в создании территориальных производственных комплексов, которые позволяют более полно использовать природные ресурсы, тем самым снизив количество отходов и вредную нагрузку на окружающую среду; принцип безотходности: отходы, образующиеся в результате использования одного природного ресурса, должны использоваться или служить сырьем для другого производства.