ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ 1.Экология как наука 1866г Эрнст Геккель ввел термин «экология». Термин основан на двух греческих словах: «oikos» – «дом», «logos» – «наука». Экология – это раздел биологии, изучающий взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. С середины прошлого века экология приобрела особую актуальность в связи с усилением антропогенного воздействия на окружающую среду. Но сводить экологию только лишь к проблемам, связанным с загрязнением окружающей среды, нельзя.

2. Цели и задачи, стоящие перед экологией 2.1. Обеспечение рационального использования природных ресурсов: В общем случае природные ресурсы можно подразделить на : 1. Исчерпаемые – ресурсы, запасы которых ограничены 1.1 Исчерпаемые невозобновимые – ресурсы, восстановление которых не происходит совсем или скорость восстановления которых исчезающе мала по сравнению со скоростью из потребления. (Каменный уголь, нефть, природный газ.) 1.2 Исчерпаемые возобновимые – ресурсы, скорость восстановления которых соизмерима со скоростью их потребления. Это ресурсы растительного и животного происхождения, например лесные.

2.2. Сохранение видового разнообразия в биосфере 2.3. Сохранение качества окружающей природной среды

Связь промышленного производства с загрязнением окружающей среды Природный ресурс производство продукт потребление Отход Загрязнение

Рост численности населения

Законы Б.Коммонера 1.Все взаимосвязано 2.Все должно куда-то деваться 3.За все надо платить 4.Природа знает лучше

Аутэкология Экологический фактор Абиотические Космические факторы; Абиотические факторы наземной среды (влажность воздуха, осадки, ветер, атмосферное давление, абиотические факторы почвенного покрова, орографические факторы) Биотические гомотипические и гетеротипические взаимодействия прямые и косвенные

Адаптации к экологическим факторам Анатомо-морфологические правило Бергмана, правило Алена, правило мехового покрова, правило Глогера Физиологические (зимний анабиоз) Поведенческие сезонные миграции, строительство гнезд птицами, и т.д

Закон лимитирующего фактора Либих 1840 г наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения Закон толерантности Шелфорд 1913г лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору

Интенсивность фактора Выживаемость, % оптимум 100 мин макс Зона оптимума Зона нормальнойжизнедеятельности Зона угнетения Зона угнетения Диапазон толерантности

ПДК и закон толерантности Устанавливают и утверждают ПДК на основании определения лимитирующего значения экологического фактора. Значение ПДК по отношению к экспериментально установленному значению С пор принимают с определенным запасом n. То есть: Где: Т лим – лимитирующее нормальную жизнедеятельность организма значение экологического фактора; n 1.

Демэкология Популяция Свойства: место в генетической иерархии, целостность, функциональное единство, генетическое единство, пространственная определенность, способность к росту биомассы, способность к адаптации, гомеостаз, потенциальное бессмертие Параметры: численность, плотность, рождаемость, смертность, выживаемость, биотический потенциал, возрастная структура, половая структура

Численность популяции Типы роста численности Гиперболический n Время, t n0n0 t*

Экспоненциальный рост (Мальтузианский, неограниченный) n Время, t n0n0

Рост с ограничением n Время, t n0n0 K

Логистический n t n0n0 I II III К

Колебания численности 1. Периодические Релаксационная осцилляция n t Затухающая осцилляция n t

2. Непериодические колебания численности n t

Плотность популяции Максимальная Минимальная Экологическая Методы регуляции плотности популяции 1.Внутривидовая конкуренция 2.Фактор скученности 2.1. Эффект группы

Эффект группы КУЗНЕЧИК ЗЕЛЁНЫЙ (Tettigonia viridissima) САРАНЧА ПЕРЕЛЁТНАЯ (Locusta migratoria) Саранча уникальное существо с двумя альтернативными генетическими программами развития

3. Дисперсия 4. Каннибализм 5. Эмиграция 6. Стресс-реакция 2.2. Эффект массы

Связь плотности популяции с выживаемостью Принцип Олли Выживаемость, % Плотность популяции 100

Рождаемость Рождаемость и плодовитость

Смертность Выживаемость Время Число особей Кривые выживания

Биотический потенциал b – рождаемость d – смертность r может быть максимальным, минимальным или экологическим. Максимальное значение биотического потенциала (мальтузианский параметр) проявляется лишь в оптимальных условиях и зависит от физиологических способностей данного биологического вида. Мальтузианский параметр биологического вида можно определить также как врожденную скорость увеличения численности его естественных популяций.

Возрастная структура три возрастных периода: Предрепродуктивный Репродуктивный Пострепродуктивный

Средняя продолжительность жизни особей различных биологических видов. ВидПродолжительность жизни Земляной червь10 лет Осетр100 лет Черепаха300 лет Мышь3 года Муравей19 лет Лягушка20 лет Скворец19 лет Собака15 лет Карп50 лет Жаба36 лет Ворон100 лет Слон77 лет

Половая структура Первичное соотношение полов. Вторичное соотношение полов. Третичное соотношение полов

Половая структура популяции Homo Sapiens Возрастная группа, лет Численность особей, %. За 100% принята численность женских особей в каждой возрастной группе. 0 – – –

Возрастно-половые пирамиды Количество организмов Возраст Пирамида молодой популяции

Возрастно-половые пирамиды Количество организмов Возраст «Нормальная» пирамида

Возрастно-половые пирамиды Количество организмов Возраст Пирамида стареющей популяции

Стратегии популяций r – стратегия (r – стратеги, оппортунистические популяции) (большинство растений, одноклеточные организмы, грибы) k – стратегия (k – стратеги, равновесные популяции) Большинство крупных млекопитающих

Стабильность популяций и причины ее нарушения Стабильной называется такая популяция, которая: находится в благоприятных условиях, близких к оптимальным; имеет высокий биотический потенциал, близкий к максимальному, но не достигает его максимального его значения. Среди причин, приводящих к нарушению стабильности популяций, прежде всего, следует отметить следующие: Естественные. К ним относятся: резкие изменения климатических факторов, геомагнитные отклонения, цикличность солнечной активности и др. Антропогенные. Среди них наиболее значимы: чрезмерная интенсивность изъятия особей, разрушение естественных мест обитания, вселение видов в новые условия, загрязнение среды обитания.

Биоценология Биоценоз, функциональные группы популяций в биоценозе 1.По типу питания: Автотрофы Гетеротрофы

Автотрофы

Гетеротрофы

2. По связям в пищевой цепи ПродуцентыКонсументы Редуценты

Типы взаимодействия популяций в биоценозе Нейтрализм0 Паразитизм (факультативный и облигатный - + Конкуренция- Комменсализм+ 0 Антагонизм- Протокооперация+ Аменсализм- 0Мутуализм+ Хищничество- +Симбиоз+

Понятие о законах В. Вольтерры n t Условные обозначения: Популяция хозяина, жертвы Популяция паразита, хищника Взаимосвязь численностей двух популяций, взаимодействующих по системе хозяин-паразит и хищник-жертва.

Закон периодического цикла: колебания численности особей в системе двух популяций, взаимодействующих по типу хищник – жертва являются периодическими, зависят от биотических потенциалов этих популяций и от их первоначальной численности. Закон сохранения средней величины: средняя численность популяции постоянна и не зависит от начального числа особей до тех пор, пока остается постоянной интенсивность хищничества. Закон нарушения средней величины: уничтожение организмов в двух популяциях, взаимодействующих по типу хищник – жертва, на величины пропорциональные их плотности приводит к увеличению средней численности популяции жертвы и снижению средней численности популяции хищника

Пищевые цепи Пищевая цепь – это последовательность организмов, питающихся друг другом. Каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем. Солнечная энергия(фотосинтез)продуценты фитофаги (хищничество) фаготрофы 1го порядка фаготрофы 2го и т.д. порядка редуценты

Передача энергии по пищевой цепи Энергия Солнца, 10 6 к.кал/м 2 сутки Продуценты 10 3 к.кал/м 2 сутки Фитофаги, 10 к.кал/м 2 сутки Фаготрофы I, 1 к.кал/м 2 сутки Фаготрофы II, 0.1 к.кал/м 2 сутки Редуценты

Экологические пирамиды Пирамиды чисел Люцерна 2х10 7 шт Телята (4,5 особей) 1 Человек Пример экологической пирамиды чисел

Пирамиды биомассы Люцерна 8,03х10 7 гр Телята 9,62 х 10 5 гр Человек 4,72 х 10 4 гр Пример экологической пирамиды биомассы

Пирамиды энергии Люцерна 6,3х10 7 К. кал. Телята 9,62 х 10 5 К.кал. Человек 4,72 х 10 4 К.кал. Солнечная энергия 6,3 х К.кал. Пример пирамиды энергии

Упрощённый вариант экологической пирамиды

Правило Линдемана при переходе энергии с одного трофического уровня на другой экологическая эффективность составляет примерно 10%. Экологическая эффективность –способность организма превращать пищу в биомассу собственного тела Число звеньев в пищевой цепи En - энергия, дошедшая до консумента n–го порядка N – количество растительной биомассы Эn – экологическая эффективность организмов на n-ом трофическом уровне

Заглатывание пищи, ассимиляция Процессы жизнедеятельности Погатки Трупы Экскременты Рост биомассы, увеличение организма Передача по пищевой цепи Схема распределения энергии в пределах трофического уровня.

Понятие о продуктивности биоценоза Валовая первичная продуктивность Чистая первичная продуктивность Вторичная продуктивность Чистая продуктивность сообщества

Структура биоценоза Структура биоценоза строится из следующих основных компонентов: Вертикальная ярусность Горизонтальная неоднородность Периодичность во времени (суточная и сезонная) Пищевые цепи и пищевая сеть Типы взаимодействий между популяциями

Первый ярус Второй ярус Третий ярус Живой напочвенный покров Упрощенная схема вертикальной ярусности в лесном биоценозе

Проявление вертикальной ярусности в водных биоценозах Нейстон – организмы, обитающие у поверхности (ряска, водомерки…) Планктон, нектон - ракообразные, амфибии, рыба (фито- и зоопланктон) Бентос – донные организмы (моллюски, личинки насекомых

Понятие о доминировании Доминант – это один или несколько видов организмов, преобладающих в биоценозе по следующим признакам: 1.Количество особей 2.Количество биомассы 3.Выполняемые функции

Экологическая ниша Экологическая ниша организма – это совокупность всех требований организма к условиям среды обитания и место, где эти требования удовлетворяются Местообитание – это пространственно ограниченная совокупность условий абиотической и биотической среды, обеспечивающая весь цикл развития особей одного вида Экологическая ниша включает в себя следующие основные компоненты: пространственное размещение вида зона толерантности вида к различным экофакторам место биологического вида в пищевой цепи роль вида в межвидовых взаимодействиях роль вида в создании и переносе органического вещества значение вида для биоценоза

П равило экологической ниши: два близкородственных вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу. Количество экологических ниш на Земле соответствует количеству обитающих на нашей планете биологических видов. Принцип конкурентного исключения (принцип Гаузе 1934г) Две равноправные формулировки: 1. два вида с одинаковыми экологическим потребностями не могут сосуществовать длительное время, один из них будет неизбежно вытеснен. 2. Сосуществование между полными конкурентами невозможно

Принцип Гаузе – исключения (Вьюрки Галапагосских островов)

Экологическая диверсификация - это процесс разделения экологических ниш. Экологическая диверсификация в биотических сообществах происходит в основном по трем направлениям: Пространственное разделение. Например, образование вертикальной ярусности в лесных биоценозах. Разделение по пищевому рациону. К примеру, известны два вида бакланов, сосуществование которых в пределах одного ареала стало возможно ввиду различий в пищевом рационе. Распределение активности по времени суток. Так, например, существуют дневные и ночные хищники.