 |
Для решения предложенных далее заданий необходимо воспользоваться дополнительной литературой, указанной в списке использованной литературы, а так же лекциями по данной теме.
|
|
|
|
ЭКОЛОГИЯ
Упражнения, задачи и задания в тестовой форме
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
УХТА 2006
УДК 574 (075.8)
В 68
Воловик О.В., Кейн О.П.Упражнения, задачи и задания в тестовой фоорме: Учебное пособие.- Ухта: УГТУ, 2006.- с.: ил.
ISBN 5- 88179- -
Учебное пособие предназначено для проведения практических работ по курсу Экология на технических специальностях. Учебное пособие содержит теоретический материал по темам: организм и среда обитания, популяции и сообщества, экосистемы, биосфера, охрана окружающей среды.
Учебное пособие рассмотрено и одобрено кафедрой «Промышленной безопасности и охраны окружающей среды»..2006 г., протокол №, рекомендовано к изданию.
Рецензент: кафедра «Экологии» Институт управления, информации и бизнеса /заведующая кафедрой, к.г.н. Г.Г. Осадчая.
@Ухтинский государственный технический университет, 2006
@Воловик О.В., Кейн О.П.
ISBN 5- 88179- -
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………..…4
1 ОРГАНИЗМ И СРЕДА ОБИТАНИЯ…………………………………………6
2 ПОПУЛЯЦИИ И СООБЩЕСТВА……………………………………………39
3 ЭКОСИСТЕМЫ……………………………………………………………….63
4 БИОСФЕРА……………………………………………………………………100
5 ОХРАНА окружающей среды…...……………………………………133
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………..171
ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие является кратким изложением основ экологии, преподаваемой в высших учебных заведениях для студентов, изучающих цикл не естественных наук. Дисциплина обязательна для студентов всех специальностей высшего образования. Экология - естественно-научная дисциплина, направленная на формирование у студента биоцентрического мировоззрения и способностей оценивать профессиональную деятельность с позиций рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды.
|
|
|
В результате изучения дисциплины студент должен:
• овладеть знаниями теоретических основ и закономерностей функционирования экологической науки, выделяя ее особенности, раскрывая принципы соотношения методологии и методов в познании природных систем;
• ориентироваться в многообразии научных направлений, школ, концепций экологии;
• быть способным анализировать взаимосвязи экологических проблем на локальном и глобальном уровнях.
Природная среда обеспечивает человека сырьевыми ресурсами, энергией, различными материалами, придает эмоциональный комфорт его внутреннему состоянию. В то же время человек - источник часто необратимых изменений среды обитания. Экология помогает понять взаимосвязи организмов, популяций, в том числе человека и человеческого общества, со средами обитания; взаимоотношения природных и антропогенных экосистем, условия устойчивого состояния экосистем, причины возникновения экологического кризиса; экологические принципы рационального природопользования, которые обеспечивают устойчивое развитие; правовые аспекты экологической безопасности личности, государства, всего человечества, что способствует становлению активной жизненной и гражданской позиции студента, его системы ценностей.
Рассматриваются элементы общей экологии, включая ее предмет, задачи, основные абиотические и биотические факторы природной среды, основы взаимоотношений организма и среды его обитания, характеризуется существование популяций внутри экосистем, дается информация о биосфере как глобальной экосистеме, ее составе, структуре, внутренних связях, обеспечивающих ее функционирование и устойчивость.
|
|
|
ОРГАНИЗМ И СРЕДА ОБИТАНИЯ
Среда обитания - это природные тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях. Окружающая организм среда характеризуется огромным разнообразием, слагаясь из множества динамичных во времени и пространстве элементов, явлений, условий, которые рассматриваются в качестве факторов. Земной биотой освоены три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная, а также выделяют организменную.
Экологический фактор - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. В свою очередь, организм реагирует на экологический фактор приспособительными реакциями.
Классификацию экологических факторов представим в виде таблицы.
Таблица 1 – Классификация экологических факторов
| Экологические факторы | ||
| Абиотические- факторы неживой природы | Биотические- факторы живой природы | Антропогенные- результат трудовой деятельности человека |
| Климатические | Фитогенные | |
| Почвенные (эдафические) | Зоогенные | |
| Орографические | Микробиогенные | |
| Химические |
Перечислим основные климатические абиотические факторы.
1. Лучистая энергия солнца. Солнечная энергия - основной источник энергии на Земле, основа существования живых организмов (процесс фотосинтеза). Количество энергии у поверхности Земли равно 21*10 
кДж (солнечная постоянная) на экваторе. Уменьшается к полюсам примерно в 2,5 раза. Также количество солнечной энергии зависит от периода года, продолжительности дня, прозрачности атмосферного воздуха.
2. Освещение - определяется годовой суммарной солнечной радиацией, географическими факторами (состояние атмосферы, характер рельефа и т. д.). Свет необходим для процесса фотосинтеза, определяет сроки цветения и плодоношения растений. Растения подразделяются на: светолюбивые - растения открытых, хорошо освещаемых мест; тенелюбивые - нижние ярусы лесов (зеленый мох, лишайник); тепловыносливые - хорошо растут на свету, но и переносят затенение. Для животных световой режим не является таким необходимым экологическим фактором, но он необходим для ориентации в пространстве. Поэтому различные животные имеют различную конструкцию глаз. У беспозвоночных - самая примитивная, у других - очень сложная. У постоянных обитателей пещер может отсутствовать. Гремучие змеи видят инфракрасную часть спектра, поэтому охотятся ночью.
|
|
|
3. Температура - один из важнейших абиотических факторов, прямо или косвенно влияющий на живые организмы. Температура непосредственно влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях. Особенно заметное влияние оказывает температура на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение. Например, у картофеля максимальная продуктивность фотосинтеза при +20 °С, а при температуре равной +48 °С полностью прекращается.
В зависимости от характера теплообмена с внешней средой организмы делятся на различные группы.
• Организмы, у которых температура тела равна температуре окружающей среды, то есть меняется в зависимости от температуры окружающей среды, нет эффективного механизма терморегуляции (растения, рыбы, рептилии и так далее). Растения понижают температуру за счет интенсивного испарения.
• Организмы с постоянной температурой тела (млекопитающие, птицы), имеют более высокий уровень обмена веществ. У таких животных существует теплоизоляционный слой (мех, перья, жир), температура равна 36-40 °C.
• Организмы с постоянной температурой тела (еж, барсук, медведь), в период активности у таких животных постоянная температура тела, а в период зимней спячки - значительно уменьшается (низкие потери энергии).
Также выделяют организмы, способные переносить колебания температуры в широких пределах (лишайники, млекопитающие, северные птицы) и организмы, существующие только при определенных температурах (глубоководные организмы, водоросли полярных льдов).
4. Влажность атмосферного воздуха. Наиболее богаты влагой нижние слои атмосферы (до высоты 2 км), где концентрируется до 50 % всей влаги, количество водяного пара, содержащегося в воздухе, зависит от температуры воздуха.
|
|
|
5. Атмосферные осадки - это дождь, снег, град и так далее. Осадки определяют перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде. В общем кругообороте воды наиболее подвижны именно атмосферные осадки, так как объем влаги в атмосфере меняется 40 раз за год. Основными условиями возникновения осадков являются: температура воздуха, движение воздуха и рельеф.
8. Давление атмосферы. Нормальным давление принято считать 760 мм ртутного столба или 10 
кПа.
Кроме перечисленных климатических абиотических факторов существуют и другие.
К почвенным (эдафическим) абиотическим факторам относят физический, механический состав почвы, влагоемкость, воздухопроницаемость, плотность почвы. Почвенный покров представляет собой самостоятельную земную оболочку - педосферу. Почва - это поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельной экосистемой.
Важнейшим свойством почвы является плодородие, то есть способность обеспечивать рост и развитие растений. Это свойство представляет исключительную ценность для жизни человека и других организмов. Почва состоит из хорошо выраженных слоев, обычно различающихся по цвету, которые называются почвенными горизонтами. По специфическим свойствам и химическому составу выделяют основные почвенные горизонты:
1. Самый верхний слой - лесная подстилка или степной войлок.
2. Гумусовый или перегнойный слой – в нем происходит накопление органического вещества в форме гумуса, связанного с минеральными веществами; самый темноокрашенный слой почвенного профиля: цвет в зависимости от содержания гумуса от черно-бурого, коричневого до светло-серого.
3. Слой вымывания – формируется под влиянием кислого и щелочного разрушения минеральных веществ; осветленный слой, обеднен гумусом и другими соединениями.
4. Слой накопления минеральных солей, вымываемых из верхних слоев.
5. Материнская порода, или почвообразующая порода – верхний слой горных пород, на котором под воздействием факторов почвообразования происходит формирование почвы.
Толщина почвы варьируется и может меняться от 0,2 м (горы) до 3 и более м (черноземы).
Гумус - органическое вещество почвы, образующееся в результате биохимического разложения растительных и животных остатков, которое накапливается в верхнем слое почвы. Главный источник питания растений. В гумусе также накапливаются микроэлементы. В процессе эксплуатации почв количество гумуса уменьшается.
В зависимости от содержания гумуса почвы подразделяются на следующие основные типы:
|
|
|
1. Арктические и тундровые (гумуса до 1 - 3 %).
2. Подзолистые (хвойные леса, гумуса до 4 - 5 %).
3. Черноземы (степь, гумуса до 10 %).
4. Каштановые (в сухих степях, гумуса до 4%).
5. Серо-бурые (пустыни субтропические пояса, гумуса 1 - 1,5%).
6. Красноземы (влажный субтропический лес, гумуса до 6 %).
К физическим свойствам почвы относятся:
· механический состав - содержание частиц различного диаметра;
· плотность;
· теплоемкость, теплопроводность;
· влагоемкость, влагопроницаемость;
· аэрация - способность насыщения почвы воздухом достигается рыхлением почвы.
К орографическим абиотическим факторам относятся рельеф, высота над уровнем Мирового океана, экспозиция склона и другие.
К химическим абиотическим факторам относят химический состав воздуха, почвы, воды. Химический состав воздуха практически постоянен и включает 78 % азота, около 21 % кислорода, остальное – это аргон, углекислый газ, частицы воды и др. Химические свойства почвы обусловлены наличием минеральных веществ, реакцией среды, засоленностью.
Рассмотрим, какие факторы действуют на живые организмы в водной среде. К абиотическим факторам водной среды относят физические и химические свойства воды как среды обитания живых организмов. Водная оболочка Земли называется гидросферой, и включает океаны, моря, реки, озера, болота, ледники и т. д. Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли (71 % земной поверхности). Средняя глубина составляет 3554м.
Опишем некоторые физические свойства водной среды.
1. Плотность, как экологический фактор, определяет условия передвижения организмов, причем некоторые из них (головоногие моллюски, ракообразные и так далее), обитающие на больших глубинах, могут переносить давление до 400 - 500 атмосфер. Плотность воды также обеспечивает возможность опираться на нее, что особенно важно для бесскелетных форм (планктон).
2. Температура - изменение температуры в зависимости от глубины и колебания (суточные и сезонные). Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше, что связано с высокой теплоемкостью воды.
3. Световой режим играет важную роль в распределении водных организмов. Водоросли в океане обитают в освещаемой зоне, чаще всего на глубине до 40 м, если прозрачность воды велика, то и до 200 м. У Багамских островов обнаружены водоросли на глубине 265 м, а туда доходит всего 5*10-6 % солнечной радиации. С глубиной меняется и окраска животных. Наиболее ярко и разнообразно окрашены обитатели мелководной части океана. В глубоководной зоне распространена красная окраска, здесь она воспринимается, как черный цвет, что позволяет животным скрываться от врагов. В наиболее глубоководных районах Мирового океана в качестве источника света организмы используют свет, испускаемый живыми существами (биолюминесценция).
4. Подвижность - это постоянное перемещение водных масс в пространстве.
5. Прозрачность зависит от содержания взвешенных частиц. Самое чистое - море Уэдделла в Антарктиде, видимость 80 метров, что соответствует прозрачности дистиллированной воды.
Перечислим некоторые химические свойства водной среды.
1. Соленость воды - содержание растворенных сульфатов, хлоридов, карбонатов. В океане 35 г/л солей. Черное море - 19 г/л. Пресноводные виды не могут обитать в морях, а морские - в реках. Однако, такие рыбы, как лосось, сельдь всю жизнь проводят в море, а для нереста поднимаются в реки.
2. Количество растворенного кислорода и углекислого газа.
3. Реакция водной среды, которая может быть кислая, нейтральная или щелочная. Все обитатели приспособились к определенным кислотно-щелочным условиям. Их изменение в результате загрязнения может привести к гибели организмов.
Фитогенные биотические факторы – это влияние растений на живой организм. Зоогенные биотические факторы – это влияние других живых организмов на живой организм. Микробиогенные биотические факторы – это влияние вирусов, бактерий на живой организм. Таким образом, биотические факторы - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую природу.
Все взаимоотношения между живыми организмами подразделяют на следующие виды.
1. Нейтрализм – взаимоотношения между организмами разных видов, когда животные обитают в одинаковых условиях, питаются похожей пищей, но не взаимодействуют друг с другом - делят экологическую нишу. Примером может быть – лось и тетерев.
2. Конкуренция - это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса для другого организма.
Конкуренция бывает внутривидовая и межвидовая. Если численность популяции невелика, то внутривидовая конкуренция выражена слабо и ресурсы имеются в изобилии. При высокой плотности популяции интенсивная внутривидовая конкуренция снижает наличие ресурсов до уровня, сдерживающего дальнейший рост, тем самым регулируется численность популяции.
Межвидовая конкуренция - взаимодействие между популяциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости. При завозе в Британию из Северной Америки каролинской белки уменьшилась численность обыкновенной белки, так как каролинская белка оказалась более конкурентоспособной.
Конкуренция бывает прямая и косвенная. Прямая- это внутривидовая конкуренция, связанная с борьбой за место обитания, в частности защита индивидуальных участков у птиц или животных, выражающаяся в прямых столкновениях. При недостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси, хищные клопы, пауки, крысы, щука, окунь и так далее)
Косвенная - между кустарниками и травянистыми растениями в Калифорнии. Тот вид, который обосновался первым, исключает другой тип. Быстро растущие травы с глубокими корнями снижали содержание влаги в почве до уровня, непригодного для кустарников. Высокий же кустарник затенял травы, не давая им произрастать из-за нехватки света.
3. Хищничество - поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником). Хищники обладают широким спектром питания, легко переключаются с одной добычи на другую более доступную. Норка уничтожает больных и старых ондатр, а на взрослых особей не нападает.
4. Симбиоз - сожительство двух организмов разных видов, при котором особь одного вида может приносить пользу особи другого вида. По степени партнерства симбиоз делится на:
- комменсализм (нахлебничество) - один организм питается за счет другого, не нанося ему вреда, примером таких взаимоотношений могут быть рак и актиния: актиния прикрепляется к раковине, защищая его от врагов, и питается остатками пищи;
- мутуализм (взаимовыгодный)- оба организма получают пользу, при этом они не могут существовать друг без друга, например – лишайник - гриб и водоросль, гриб защищает водоросль, а водоросль кормит его;
- квартиранство - когда особи одного вида используют особи другого вида, как жилье, не принося ни пользы, ни вреда, например, рыба-прилипала, которая находит убежище под плавником акулы;
- паразитизм – это такой вид сожительства, при котором одному из видов наносится вред, организм - паразит живёт за счёт питания тканями или соками другого организма - хозяина, примером могут быть блохи, глисты и так далее.
6. Антибиоз (аменсализм) - это когда особь одного вида, угнетает особь другого вида, выделяя специальное вещество (фунгицид или антибиотик). Например, скунс, помечая территорию обитания, может принести вред живым организмам, попавшим в зону действия выделенных ферментов.
Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические - в течение суток, сезона, по годам (температура, освещенность и др.).
Факторы, изменения которых во времени повторяются регулярно, называют периодическими.К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические - приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника) называются непериодическими.
Подразделение факторов на периодические и непериодические имеет важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни.
Адаптация(лат. «приспособление») - приспособление организмов к среде. Этот процесс охватывает строение и функции организмов (особей, видов, популяций) и их органов. Адаптация всегда развивается под воздействием трех основных факторов - изменчивости, наследственности и естественного отбора (равно как и искусственного, осуществляемого человеком).
Основные адаптации организмов к факторам внешней среды наследственно обусловлены. Они формировались на историко-эволюционном пути биоты и изменялись вместе с изменчивостью экологических факторов. Организмы адаптированы к постоянно действующим периодическим факторам,но среди них важно различать первичные и вторичные.
Первичные - это те факторы, которые существовали на Земле еще до возникновения жизни: температура, освещенность, приливы, отливы и др. Адаптация организмов к этим факторам наиболее древняя и наиболее совершенная.
Вторичные периодические факторы являются следствием изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от температуры; растительная пища, зависящая от цикличности в развитии растений; ряд биотических факторов внутривидового влияния и др. Они возникли позднее первичных и адаптация к ним не всегда четко выражена. В нормальных условиях в местообитании должны действовать только периодические факторы, непериодические - отсутствовать.
Рассмотрим некоторые законы, связанные с влиянием на живой организм экологических факторов. Дадим определение лимитирующего фактора.
Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX века. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.
Таким образом, лимитирующими экологическими факторамиследует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами.
Что касается закона минимума Ю. Либиха, то он имеет ограниченное действие и только на уровне химических веществ. Р. Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений, включая температуру, влажность, освещенность и так далее.
Различия в совокупноми изолированномдействиях относятся и к другим факторам. Например, действие отрицательных температур усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но, с другой стороны, высокая влажность ослабляет действие высоких температур, и так далее. Однако, несмотря на взаимовлияние факторов, все-таки они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение в законе независимости факторов В. Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа или солнечного света, и так далее.
Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности.
Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от -5 °С до 25 °С, то есть диапазон его толерантностилежит в пределах этих температур. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными («стено» - узкий), а способных жить в широком диапазоне температур - эвритермными(«эври» - широкий).
Для решения предложенных далее заданий необходимо воспользоваться дополнительной литературой, указанной в списке использованной литературы, а так же лекциями по данной теме.
|
|
|
