Видовое разнообразие биоценоза
Министерство образования Российской Федерации
Омский государственный технический университет
Т.В. СКРИПКО
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ «ЭКОЛОГИЯ».
ЕЕ СИСТЕМНОСТЬ
Учебное пособие
Омск – 2003
УДК 574 (075)
ББК 20.1 я 73
С45
Рецензенты:
Н.Н. Струнина, канд. физ-мат. наук, доцент ОмГУ,
Н.А. Воронкова, канд. с.-х. наук, СибНИИСХ
Скрипко Т. В.
С 45 Основные понятия определения «экология». Ее системность:
Учеб. пособие. -Омск: Изд-во ОмГТУ, 2003. – 116 с.
Изложены современные представления об общей экологии, как науке об экосистемах. Рассмотрены предмет и методы экологии, среды обитания, разнообразие биологических сообществ, круговороты энергии и различных веществ в природе, распространение организмов, их реакции, регуляция численности, конкуренция, сообщество как основная экологическая единица.
Для студентов-экологов и студентов неэкологических специальностей всех форм обучения.
© Т.В. Скрипко, 2003
© Омский государственный
|
|
|
технический университет, 2003
ПРЕДИСЛОВИЕ
«Человечество является частью природы,
жизнь зависит от непрерывного функцио-
нирования природных систем… Человек должен приобретать знания, необходимые для сохранения и расширения его возможностей по использованию природных ресурсов, сохраняя при этом виды и экосистемы на благо нынешнего и будущих поколений».
Из «Всемирной хартии природы» принятой 28 октября 1982 г. Генеральной Ассамблеей ООН
Немецкий естествоиспытатель Х1Х века Эрнст Геккель и думать не мог, что предложенный им термин «Экология» не только получит применение в науке ХХ и ХХ1 вв., но и станет общечеловеческим, глобальным понятием, мерилом отношения человека разумного к окружающей его природе: к бурливой речке и едва журчащему ручейку, к зеленой травинке и раскидистому кусту, к изящной бабочке и дикому зверю в лесу…
Человек – дитя природы. «Кладовой солнца» назвал ее Михаил Пришвин. Но черпать из этой кладовой нужно с большой осторожностью. Природа похожа на тонкую уязвимую паутину. Коснитесь одной паутинки – и задрожат все остальные.
Нужно всегда помнить, что природа – незаменимый и вечно живой источник бесконечных открытий, родник здоровья и духовного богатства человечества во все времена.
|
|
|
Экология, как сфера познания, переживает сейчас бурное развитие, отражая прежде всего интересы человека в окружающем его мире. Живая природа - главное достояние нашей Земли, в ее недрах развивалось и за её чет существует человеческое общество. Она удовлетворяет наши пищевые потребности и обеспечивает главное условие жизни людей на планете – состав воздушной среды, защиту от космического излучения, чистоту вод, плодородие почв, смягчение климата.
Человечество сейчас находится перед жесткой необходимостью изменить свое отношение к природе и ввести стихийное использование ресурсов в рамки сознательных стратегий, чтобы не прекратить своего существования.
При всей сложности социальных процессов, ответственных за рациональное природопользование, явно вырисовываются острый дефицит компетентных специалистов и недостаточность общего уровня экологической грамотности. Нужны грамотные, компетентные люди с прочной базовой экологической подготовкой и профессионалы в своем конкретном деле. Обширность и всепроникновение экологических знаний не позволяет готовить экологов вообще. Каждый специалист выполняет свою часть общего дела, но он должен хорошо понимать свою роль в решении экологических задач. Экологическая этика, сформированная на знаниях, - главное, что выведет мир из кризисного экологического состояния.
|
|
|
Автор благодарит учебного мастера В.Ф. Правник, инженера А.А. Бессараба за техническую помощь в подготовке рукописи.
Рекомендации к тестовым заданиям
Данное пособие рассматривает вопросы общей экологии в виде вариантов. Разработаны 5 вариантов. Каждый вариант содержит 10 вопросов. Закрепление рассматриваемого вопроса заканчивается тестом. Каждый рассматриваемый вопрос является адресным, т. е. содержит указатель литературного источника, где можно найти точный ответ на тест, хотя тема представляется в более расширенном варианте. Первая цифра в указателе соответствует литературному источнику, вторая – странице в данной ссылке.
При детальном изучении вопроса и тестового задания можно обоснованно прийти к правильному ответу. Из тестированного задания правильными могут быть от 1 до 2-3. В тестах с одним ответом за каждый правильный ответ студент получает 1 балл. В тестах с несколькими ответами за каждый правильный ответ студент получает 0,5 балла, а за каждую ошибку снимается 0,5 балла.
|
|
|
Например, в тесте:
в чем же заключается отличие в терминах «экосистема» и «биогеоценоз»?
Отличие заключается в том, что…
[1] экосистема может не содержать растительных сообществ, а биогеоценоз невозможен без фитоценоза;
[2] границы биогеоценоза совпадают с границами растительного сообщества, являющегося его основой;
[3] экосистема исследует закономерности рассеяния потока энергии в пищевых цепях, а биогеоценоз соединяет экологический подход с принципами ландшафтоведения;
[4] экосистема изучает взаимоотношение особей или групп особей, а биогеоценоз – механизм регуляции численности организмов;
[5] экосистема – образование более общее, безранговое.
Правильными ответами будут: 1, 2, 5.
При таком решении студент получает +2,5 балла, так как, не отметив 3 и 4, он получает еще 1 балл. Если же студент считает правильными ответами 3 и 4, то он получает -2,5 балла, так как его ответы неправильные, он допустил 5 ошибок. Оценку «отлично» получают студенты, давшие не менее 90 % правильных ответов; «хорошо» 70-90 %; «удовлетворительно» - 60-70 %. Анализ своих ошибок по ответам поможет студентам достаточно точно выявить, какой учебный материал требует дополнительной проработки.
В конце пособия даны кодовые ответы на приведенные в нем тесты. Для более широкого понимания экологических проблем в пособии дана информация из материалов конференций, статей, научных сборников.
Вариант 1
Экология
Термин «экология» возник сравнительно недавно, но свой вклад в эту науку внесли еще ученые древности – Аристотель, Гиппократ, Эпикур и др. [8, с. 10].
Постулат Эпикура: «…нельзя насиловать природу, следует повиноваться ей, необходимые желания исполняя, а также естественные, если они не вредят. А вредные – сурово подавляя».
На протяжении почти двух веков слова слепого провидца Жана-Батиста Ламарка : «Человеку суждено истребить самого себя, после того, как он сделает Землю непригодной для обитания» - долгое время оставались непонятными. Те же, кто воспринял их зловещий смысл, оказались беспомощными в противоречивом и расчлененном мире.
Жизнь человека, общества, существование цивилизации на планете неразрывно связаны с природными условиями. И сейчас человечество вступило в новую эру своего существования, когда потенциальная мощь создаваемых им средств воздействия на среду обитания становится соизмеримой с могучими силами природы.
Под влиянием повелительной необходимости жить с природой в гармонии и согласии человечество вынуждено отбросить вековой императив покорения природы. Осознание безнравственности этого императива, насаждавшегося многими деятелями, претендовавшими на философское и социальное лидерство, только теперь входит в структуру нового мышления.
В настоящее время слово «экология», многократно повторенное, во всем мире стало привычным и обыденным. Оно с полным на то основанием породило «экологизацию» современных научных дисциплин и стало неотъемлемой частью нашей жизни.
Кто ввел понятие экология и когда?
[ 1] Э. Геккель (1834 – 1919) – 1866 г.
[ 2] Ч. Дарвин (1809 – 1882) – 1859 г.
[ 3] К.Ф. Рулье (1814 – 1858) – 1840 г.
[ 4] А. Гумбольдт (1769 – 1859) – 1807 г.
[ 5] В.И. Вернадский (1863 – 1945) – 1926 г.
Определение экологии
За последние 20-25 лет слово «экология» стало очень модным [7, с. 7].
Мы часто слышим его по радио и в повседневных разговорах, на парламентских чтениях и в телевизионных дебатах, и каждый полагает, что он правильно понимает его значение. Но так ли это? Даже среди специалистов существуют значительные расхождения во мнениях относительно того, что нужно понимать под экологией и чем она должна заниматься.
Так что же такое экология? Этико-философская концепция и форма защиты растений и животных? Движение протеста против ядерной энергетики и загрязнения окружающей среды? Неоромантическая тоска о возврате к природе? Научная дисциплина, отпочковавшаяся от биологии? Или нечто, соединяющее в себе все?
На глобальном форуме по защите окружающей среды и развитию в целях выживания (Москва, 1990) выступала представительница коренного населения Америки, старейшина от народности онондага конфедерации ирокезов Одрей Тенандоа. Она сказала: «В языке ирокезов нет слова «природа». Нет потому, что наши люди не отделяли себя от природы, ощущали неразрывность с ней. В ней мы на равных правах со всеми животными и растениями. Всем людям вместе надо хранить это неразрывное единство природы».
Экология, как наука, сформировалась в середине 1Х столетия, когда возникло понимание, что не только строение и развитие организмов, но и их взаимоотношение со средой обитания подчинены определенным закономерностям. В 1866 г. - Эрнест Геккель в монографии «Общая морфология организма» назвал экологией один из разделов биологии. От древнегреческого «oikos» (дом, жилище) образовано не только наименование этой науки, но и понятие «ойкумена» (экумена), служащее для обозначения природы, освоенной и обжитой человеком. Ныне, когда человек осваивает космос, ойкумена вышла за пределы Земли, а экология, пусть еще не как знание, но хотя бы как термин, проникла в сознание каждого, она перестала быть отраслью одной лишь биологии, на родство с ней претендуют и география, и политэкономия, и философия, да и весь комплекс естественных и общественных наук. Более того, экология вышла за рамки научного понятия и стала предметом тревог и забот каждого государства и каждой личности. Экология, следовательно, касается всех, ибо экологический кризис, если он перерастет в экологическую катастрофу, не пощадит никого.
Итак, экология - это…
[1] часть зоологии, представляющая собой сведения о жилищах животных (т. е. норы, гнезда, логовища и т. п.);
[2] наука, изучающая влияние загрязнений на окружающую среду, на здоровье человека;
[3] дисциплина, изучающая общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня;
[4] наука, изучающая отношения организмов между собой и окружающей средой, а также организацию и функционирование надорганизменных систем различного уровня: популяций сообществ и экосистем, природных комплексов и биосферы.
Понятие биоценоза
Экология, еще не имея статуса самостоятельной науки, создавалась и развивалась многими выдающимися натуралистами прошлых столетий. Постепенно биологи, изучавшие отдельные объекты живой природы, пришли к выводу, что цельные результаты, адекватно отражающие законы природного окружения, можно получить, лишь рассматривая природные явления и населяющие природную среду организмы как целостный объект, как природное целое. Немецкий гидробиолог К.Мебиус впервые в 1877 г. ввел в научную литературу термин «биоценоз» [9, с. 112]. В современной экологической литературе термин биоценоз обычно применяется как синоним термина сообщества. Биоценоз является продуктом естественного отбора. Выживание его и устойчивое существование во времени и пространстве зависят от характера взаимодействия составляющих популяций и возможны лишь при обязательном поступлении извне лучистой энергии Солнца.
Мебиус относит к биоценозу всю массу животных и растений, встречающихся в устричной банке, включая микроскопические и макроскопические формы. Такая позиция единства логична. Но в практическом отношении изучение всех компонентов биоценоза почти невозможно и никогда не предпринималось, поскольку оно связано с почти неразрешимыми задачами определения всех входящих в него видов. Чаще всего изучают одну или несколько хорошо известных групп, представленных различными, довольно многочисленными и экологически разнообразными видами. Виды, образующие биоценоз, связаны друг с другомвзаимозависимостью. Это отличает биоценоз и от скопления (где нет взаимной зависимости), и от сообщества (где существует интераттракция – взаимопритяжение). Взаимозависимость компонентов биоценоза такова, что изменения, касающиеся только одного вида, могут отразиться на всем биоценозе и даже вызвать его распад. Биоценоз находится в непосредственной зависимости от факторов внешней среды, тогда как сообщество представляет собой закрытую группировку, относительно независимую от окружающей среды. По Мебиусу, биоценоз представляет собой группировку, находящуюся в стабильном равновесии и устойчивую во времени. Следует заметить, что о стабильности биоценоза можно говорить только с точки зрения масштабов человеческой жизни; если же стабильность оценивать по геологической шкале времени, то изменений климатических и других факторов оказывается достаточно, чтобы привести к исчезновению биоценозов, некогда существовавших в данном месте, и замене их другими.
Синонимами биоценоза можно считать ассоциацию и сообщество. К синонимам биоценоза относятся также немецкие термины “Lebensgemeinschaft” и “Abschluss” и английский “biotic community”.
Различают два основных типа биоценозов: естественный и антропогенный. Первый тип – это биотическое сообщество, в функционировании которого отсутствует влияние деятельности человека. Второй тип (или агробиоценоз) – это неустойчивая, искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема культурных полей (поля, искусственные пастбища, сады, виноградники и т. п.). Биоценоз является объектом изучения биоценологии – науки, которая исследует закономерности жизни организмов в природных сообществах, их популяционную структуру, потоки энергии и круговорот веществ.
Уточните понятие биоценоз. Это…
[1] организмы, ведущие сходный образ жизни и обладающие сходным строением;
[2] организмы, обитающие рядом и использующие одинаковые ресурсы;
[3] форма взаимоотношений, при которых один вид получает какое-либо преимущество, не приносит другому виду ни вреда, ни пользы;
[4] организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих в одних и тех же условиях среды;
[5] совокупность популяций всех видов живых организмов, населяющих определенную географическую территорию, отличающуюся от других соседних территорий по химическому составу почв, вод, а также по ряду физических показателей (высота над уровнем моря, величина солнечного облучения и т. д.).
Видовое разнообразие биоценоза
Каждый биоценоз можно описать, основываясь на совокупности составляющих его видов [11, с. 108]. Одни биоценозы слагаются преимущественно из видов животных. В других биоценозах главную роль играют растения. Различают бедные и богатые виды биоценоза. Так, везде, где условия абиотической среды приближаются к оптимальным для жизни, возникают чрезвычайно богатые виды сообщества: тропические леса, долины рек в аридных районах и т. д. Напротив, в полярных арктических пустынях и северных тундрах при дефиците тепла, а также в безводных жарких пустынях сообщества сильно обеднены, поскольку лишь немногие виды могут приспособиться к таким неблагоприятным условиям.
Типичной характеристикой биоценоза является относительно малое количество видов, особи которых встречаются часто (представлены большим число особей). И, наоборот, в каждом биоценозе есть много видов с небольшим числом особей. Так, облик лесного либо степного биоценоза представлен одним или несколькими видами растений. В дубраве – это дуб, в бору – сосна, в ковыльно-типчаковой степи – ковыль и типчак. В лесу, состоящем из десятков видов растений, только один или два из них дают до 90 % древесины. Эти виды называют доминирующими или доминантными. Они занимают ведущее, господствующее положение в биоценозе. Обычно наземные биоценозы называют по доминирующим видам: лиственный лес, сфагновое болото, ковыльно-типчаковая степь. Виды, живущие за счет доминантов, получили название предоминантов. К примеру, в дубовом лесу таковыми являются кормящиеся на дубу насекомые, сойки, мышевидные грызуны.
В биоценозе есть и так называемые эдификаторы. Это строители сообщества, т. е. виды, создающие условия для жизни других видов данного биоценоза. Ель в таежной зоне образует густые, сильно затемненные леса. Под ее пологом обитают растения, приспособленные к условиям сильного затемнения, повышенной влажности воздуха, кислых оподзоленных почв, формируется и специфичное животное население. Ель в данном случае выступает в роли мощного эдификатора, обусловливающего определенный биоценоз.
Виды – эдификаторы - встречаются практически в любом биоценозе. В сосновых лесах – сосна, на сфагновых торфяниках – сфагновые мхи, в степных биоценозах мощным эдификатором служит ковыль.
Для оценки количественного соотношения видов в биоценозах используют индекс разнообразия, вычисляемый по формуле Шеннона:
Р = S pi log2 Pi
где S - знак суммы; pi – доля каждого вида в сообществе ( по численности и массе), а log2Pi – двоичный логарифм Pi.
Существенное влияние на увеличение числа видов оказывает продуктивность экосистемы. В тех местообитаниях, где пищи мало, кормящиеся животные не могут позволить себе игнорировать различные типы жертвы; там же, где ее много, они могут быть более прихотливыми или ограничить свою диету только наилучшими пищевыми объектами.
Под влиянием стресса уменьшается число редких видов и возрастает роль видов, устойчивых к стрессу, т. е. происходит концентрация доминирования в этих видах.
Подобная закономерность хорошо иллюстрируется относительным обитанием разных видов насекомых в водной среде, загрязненной нефтью. Если нефтяное загрязнение реки незначительное, то в зарослях высших водных растений встречаются четыре вида насекомых. При сильном загрязнении остается лишь один вид - поденка Baetis vernus, устойчивая к загрязнению.
Аналогичная картина наблюдается для агроценозов. Распашка и освоение целины в Оренбургских степях привели не только к резкому сокращению числа обитающих там видов (135 вместо 312), но и к существенному увеличению числа особей на 1 м2 пахотного горизонта (341 вместо 159). В наибольшей мере возросла численность серой зерновой совки и пшеничного трипса, тогда как безвредные муравьи Leptothorax nassonovi стали исключительно редкими. Сократилась также численность саранчи и жуков-кравчиков, лишившихся привычных местообитаний.
С концепцией видового разнообразия связан ряд важнейших экологических принципов. Большое видовое разнообразие означает более длинные пищевые цепи. Кроме того, видовое разнообразие обеспечивает множественное дублирование пищевых цепей на уровне видов. Большое влияние на видовое разнообразие оказывают функциональные связи между трофическими уровнями. Интенсивный выпас или активное хищничество существенно снижают видовое разнообразие травостоя на пастбище или популяций жертв. В то же время умеренное «хищничество» часто снижает плотность доминантов, давая таким образом возможность менее конкурентоспособным видам лучше использовать пространство и другие ресурсы, в результате чего видовое разнообразие возрастает.
На литорали антлантического побережья США хищная морская звезда Pisaster питается в основном мидиями, благодаря чему на субстрате постоянно открываются свободные от мидий участки, которые заселяются другими беспозвоночными, в иных условиях не выдерживающими конкуренции с мидиями. Поэтому там, где обитают морские звезды, почти вдвое больше видовое разнообразие беспозвоночных, чем там, где нет звезд.
Пасущиеся копытные в степях и саваннах поддерживают определенный видовой состав и структуру травостоя, а муравьи-кочевники в тропических лесах – видовой состав и численность наземных и подстилочных беспозвоночных.
Выделяют альфа-, бета- и гамма- видовое разнообразия.
Альфа разнообразие - это…
[1] вертикальная и горизонтальная структура биоценоза;
[2] видовое разнообразие ландшафтов, которые слагаются из различных сообществ;
[3] число видов, встреченное в определенном местообитании;
[4] разнообразие сообществ.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 533; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!