Презентация на тему "Общая экология-обзорная лекция"

Содержание

• 
  Слайд 1

  Общая экология

  Обзорная лекция

• 
  Слайд 2

  Вопросы лекции:

  • Предмет экологии и система экологических наук. Методы экологии.
  • Аутэкология. Классификация экологических факторов. Законы действия экологических факторов. Адаптации. Понятие жизненной формы организмов.
  • Понятие о популяции в экологии. Свойства популяции. Структура популяции. Гомеостаз популяции.
  • Демографические показатели популяции. Рост популяции. Динамика численности популяции. Управление природными популяциями.
  • Синэкология. Видовая структура биоценоза. Меры видового разнообразия. Межвидовые отношения в биоценозе. Экологическая ниша вида.
  • Функциональная структура биогеоценоза. Энергия в экосистемах. Продуктивность экосистем. Основные биомы Земли.
  • Учение о биосфере. Общие закономерности организации биосферы.
  • Биологический круговорот веществ. Биогеохимические циклы и их антропогенное изменение.
• 
  Слайд 3
  

  • В наиболее простом (исходном) варианте определения экологии ее предметом можно обозначить взаимоотношения организмов (и систем надорганизменного уровня) с окружающей (абиотической, биотической и антропогенной) средой.
  • Учитывая парадигму системного подхода в современном естествознании, экологию можно определить как науку о структуре и функционировании экологических систем различного ранга.
• 
  Слайд 4
  

  Предмет экологии

  • Организмы в их отношениях с окружающей средой
  • Среда обитания
  • Общие законы функционирования экосистем

  МЕГАЭКОЛОГИЯ

  • Биоэкология
  • Средология (энвироника)
  • Общая экология
• 
  Слайд 5
  
• 
  Слайд 6
  

  Методы экологии

  • Общенаучные
  • Специальные
  • Теоретические
  • Эмпирические
  • Методы смежных наук:
  • физики, химии, географии, геохимии и др.
• 
  Слайд 7
  

  • Влияние среды на организм осуществляется через воздействие ее компонентов – экологических факторов.
  • Экологический фактор – любой элемент среды, способный оказать прямое или косвенное воздействие на организм.
• 
  Слайд 8
  

  • ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
• 
  Слайд 9

  По продолжительности действия

  ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

• 
  Слайд 10
  

  • Немецким химиком Ю. Либихом в 1840 г. сформулированзакон минимума
  • Урожай (его величина и устойчивость во времени) определяется питательным веществом, находящемся в почве в минимальном количестве
• 
  Слайд 11
  

  • Позднее было установлено (Ф. Блекманом),что не только минимальное, но и максимальное воздействие какого-либо фактора среды действует угнетающе на организмы.
  • Согласно закону лимитирующего фактора, экологические факторы, присутствующие как в недостатке, так и в избытке (по отношению к оптимальным требованиям организма), ограничивают или прекращают его развитие и даже существование.
• 
  Слайд 12

  Закон толерантности (В. Шелфорд, 1913 г.)

  • Согласно данному закону, каждый фактор характеризуется зоной оптимальных значений для данного вида организмов и имеет пределы положительного влияния. Приближение интенсивности действия фактора к критическим точкам – пределам выносливости, происходит угнетение жизнедеятельности организма (зона пессимума).
• 
  Слайд 13
  

  • Закон компенсации экологических факторов сформулирован Э. Рюбелем в 1930 г.: отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов могут быть компенсированы другим близким (аналогичным) фактором.
  • Однако отсутствие фундаментальных факторов (света, воды, биогенных элементов) не может быть заменено другими факторами (закон незаменимости фундаментальных факторов – В.Р. Вильямс, 1949 г.)
  • Правило взаимодействия и компенсации факторов: все экологические факторы действую совместно, и могут либо усиливать, либо компенсировать действие друг друга.
• 
  Слайд 14
  

  • Изменение условий обитания во временном (историческом) или пространственном (географическом) аспекте вызывает приспособительные реакции организма (адаптации)

  Адаптации

  • Поведенческие
  • Физиологические
  • Морфологические
• 
  Слайд 15
  

  • Термин «жизненная форма» предложен в 1884 г. датским ботаником Е. Вармингом. Под жизненной формой Варминг понимал «форму, в которой вегетативное тело растения (индивида) находится в гармонии с внешней средой в течение всей его жизни, от колыбели до гроба, от семени до отмирания».
  • Жизненная форма отражает приспособленность растения ко всему комплексу факторов внешней среды во все периоды его жизни.
• 
  Слайд 16
  

  • И.Г. Серебряков дает следующее развернутое определение: «Жизненную форму у высших растений с эколого-морфологической точки зрения можно определить как своеобразный общий облик (габитус) определенной группы растений (включая их подземные органы), возникающий в их онтогенезе в результате роста и развития в определенных условиях среды. Исторически этот габитус развился в данных почвенно-климатических условиях как выражение приспособленности растений к этим условиям». По И.Г. Серебрякову, жизненную форму растения создает система его вегетативных органов. Жизненная форма – категория морфологическая и экологическая.
• 
  Слайд 17
  

  ЖИЗНЕННАЯ ФОРМА

  • 1) в ботанике - внешний облик (габитус) растения, отражающий приспособленность к условиям среды. Ж.ф. также называют единицу экологической классификации растений - группу растений со сходными приспособительными структурами, необязательно связанных родством (напр., кактусы и молочаи образуют Ж.ф. стеблевых суккулентов). Ж.ф. у растений изменяется в ходе индивидуального развития. Один и тот же вид растения в разных условиях может иметь разные Ж.ф. Син.: Биоморфа;
  • 2) в зоологии понятие Ж.ф. стало применяться лишь в XX в. и еще не достаточно разработано. При выделении Ж.ф. и классификации по ним организмов используют наличие сходных морфоэкологических, физиологических, поведенческих и т.д. приспособлений для обитания в одинаковой среде. Так, Д.Н. Кашкаров (1944) предложил следующую систему форм животных: плавающие, роющие, наземные, древесные лазающие, воздушные.
• 
  Слайд 18
  

  • Популяция(население – лат.) – это группа организмов одного вида, занимающая определенную территорию и обычно в той или иной степени изолированная от других сходных групп.
  • Термин впервые использовал в 1903 г. датский генетик Иоганзен, чтобы обозначить группу сходных по набору генов особей.
  • Индивиды любого вида живого всегда представлены в природной среде не изолированными отдельностями, а только их определённым образом организованными совокупностями - правило объединения в популяции, сформулированное С.С. Четвериковым в 1903 г.
• 
  Слайд 19
  

  • Главные критерий выделения популяции – способность к свободному обмену генетической информацией – панмиксия. В связи с этим возможен такой вариант определения термина «популяция»:
  • Под популяцией понимается совокупность особей определенного вида, в течение достаточно длительного времени (большого числа поколений) населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная степень панмиксии.
• 
  Слайд 20

  Выделяют 3 категории популяций:

  1. Географические популяции – занимают территорию обширных географических зон, но сохраняют способность к панмиксии. Характеризуются общностью приспособлений к климату и ландшафту.

  2. Экологические – населяют определенный биотоп;

  3. Элементарные (локальные) – населяют часть биотопа (например, опушечные популяции, «парцеллярные»).

• 
  Слайд 21
  

  Популяция характеризуется следующими основными свойствами:

  • популяция представляет собой форму существования вида;
  • целостность (территориальная общность, генотипическая и фенотипическая общность);
  • разнокачественность особей в популяции;
  • саморегуляция.
• 
  Слайд 22
  

  • Возрастная структура популяции – определенное соотношение возрастных групп и генераций популяции (генерации – особи, родившиеся в разные сезоны).
  • Возраст особи принято делить на стадии:

  • • предрепродуктивный (виргильный);
    • репродуктивный (генеративный);
    • пострепродуктивный (сенильный).
  • У растений: проростки, ювенильные, имматурные, виргильные, молодые генеративные, средневозрастные генеративные, старые генеративные, субсенильные, сенильные, отмирающие.
  • Выделяют также латентный период (семена).
• 
  Слайд 23
  
• 
  Слайд 24
  

  • Половая структура популяции – соотношение особей мужского и женского пола.
  • Значение половой структуры:
    • биологическое, связанное с рекомбинацией генетической информации;
    • адаптационное, связанное с разнокачественностью особей мужского и женского пола на биохимическом, физиологическом уровне;
    • разделение ролей в обеспечении выживаемости молодняка.
• 
  Слайд 25
  
• 
  Слайд 26
  

  • Гомеостаз – это динамическое равновесие процессов, протекающих в организме, популяции, биоценозе, экосистеме.
  • В основе поддержания устойчивости экологических систем лежат механизмы популяционного гомеостаза.
  • Их можно разделить на 3 функциональные категории:
    • поддержание адаптивной пространственной структуры популяции.
    • поддержание генетической структуры.
    • регуляция плотности населения.
• 
  Слайд 27
  

  К демографическим показателям популяции относятся:

  • темп полового размножения;
  • плодовитость особей;
  • скорость отмирания и продолжительность жизни в популяции;
  • общая численность (общая биомасса – для растений).

  Если при незначительной эмиграции и иммиграции рождаемость превышает смертность, то популяция будет расти. Рост популяции является непрерывным процессом, если в ней существуют все возрастные группы.

• 
  Слайд 28
  

  Уравнение функции, описывающей рост:

  Скорость роста:

  • N – плотность популяции;
  • N0 – начальная плотность популяции;
  • Nt– плотность на момент времени t;
  • r – скорость роста популяции, обусловленная свойствами организма (потенциальная скорость роста)
• 
  Слайд 29
  

  • Такая модель роста, называемая экспоненциальной, или J-образной, характерна для популяций, не испытывающей ограничений в росте. Считают, что почти любой вид теоретически способен увеличить свою численность до заселения всей Земли при достатке пищи, воды, пространства, постоянстве условий среды и отсутствии хищников.
  • Однако неограниченный рост ведет к популяционной нестабильности. После достижения некоторого уровня К (поддерживающей емкости среды или предельной нагрузки на среду), после экспоненциального роста («бума») наступает резкий спад численности – «крах» популяции» (модель «бума и краха»):
• 
  Слайд 30
  

  • Возможен и другой сценарий роста популяции: скорость роста снижается и становится нулевой при достижении предельной численности популяции (уровень К). Такой рост популяции описывается сигмоидной кривой (S-образной), например, логистической функцией:
• 
  Слайд 31
  

  • В 40-х годах С.А. Северцовым проанализирован многолетний ход численности у большого числа млекопитающих и птиц. Оказалось, что существуют различные типы динамики численности популяций.
• 
  Слайд 32
  

  I. Стабильный тип: малая амплитуда и длительный период колебаний численности (10-20 лет). Характерно для крупных животных с большой продолжительностью жизни, низкой плодовитостью и высоким уровнем адаптации (китообразные, копытные, крупные рептилии).

• 
  Слайд 33
  

  II. Лабильный тип: более высокая амплитуда, периода 5-11 лет. Характерен для животных с меньшими размерами, меньшей продолжительностью жизни. Норма смертности таких животных выше, обилие повышается в периоды размножения. Примером могут быть крупные грызуны, зайцеобразные, некоторые хищники, птицы, рыбы, насекомые с длительным циклом развития.

• 
  Слайд 34
  

  III. Эфемерный тип:вспышки рождаемости сменяются периодами депрессии, амплитуда очень высокая. Длина цикла до 4-5 лет. Характерно для короткоживущих видов с несовершенной адаптацией, очень плодовитых, но и с высокой смертностью (мелкие грызуны, насекомые).

• 
  Слайд 35
  

  Управление природными популяциями

  Контроль численности

  • Подавление
  • Поддержание (охрана)
  • Обеспечение роста
• 
  Слайд 36

  Меры борьбы

  Биологические

  • использование фитофагов,
  • хищников,
  • паразитоидов,
  • паразитов,
  • патогенов

  Небиологические

  • Генетический
  • Этолого-физиологический
  • Агротехнический
  • Химический
  • Механический
  • Карантин
• 
  Слайд 37
  

  • Биоценоз – исторически сложившиеся группировки живого населения биосферы, заселяющие общие места обитания, возникшие на основе биогенного круговорота и обеспечивающие его в конкретных природных условиях.
  • Абиотическая среда, формирующая условия существования биоценоза – это экотоп.
  • Биоценоз + Экотоп = Биогеоценоз (экосистема)
• 
  Слайд 38
  

  • Видовая структура биоценоза определяется разнообразием и значимостью видов организмов, которые его слагают.
  • Видовое разнообразие – это результат эволюции сообществ, в которой «работает» 2 «отбирающих» механизма:
  • Способность вида к адаптации к данным условиям обитания;
  • Способность вида выполнять определенную функцию в данном сообществе (совместимость, сочетаемость видов).
• 
  Слайд 39
  

  • Видовое разнообразие повышается при улучшении условий обитания, так как возрастает экологическая емкость среды, поэтому биоразнообразие повышается от арктических и антарктических условий к тропическим.
  • В экологии используются меры видового разнообразия сообществ.

  где S – количество видов в описании на площадке стандартного размера,

  А – площадь учетной площадки (м2);

  N – общее число особей в описании.

• 
  Слайд 40
  

  где С – концентрация доминирования;

  Pi – относительная значимость видов (доля 1),

  ni – абсолютная, фактическая значимость видов, выраженная в биомассе, плотности популяции, проективном покрытии и т.п.

  N – сумма фактической значимости всех видов.

  Мера доминирования (индекс Симпсона) – показывает, какую долю в видовом составе биоценоза занимают обычные, «фоновые» виды.

  Значимость вида – это его участие в формировании сообщества, она может быть выражена в плотности популяции, биомассе, проективном покрытии, продукции и т.д.

• 
  Слайд 41
  

  Мера равномерности распределения (индекс Шеннона–Винера)

  - показывает, насколько равномерно распределены значимости видов, т.е. оценивает видовое разнообразие с учетом вклада, который делает данный вид в сообщество.

• 
  Слайд 42
  

  • Трофическую структуру биоценоза образуют 3 экологические группы организмов: продуценты, консументы и редуценты.
• 
  Слайд 43

  Классификацию межвидовых отношений можно представить в следующем виде:

• 
  Слайд 44
  

  • Понятие «экологическая ниша» ввел американский зоолог Джозеф Гриннел (1914 г.), но под нишей он понимал положение видовой популяции в пространстве, т.е. как «адрес» популяции – это аутэкологический подход к обоснованию понятия «экологическая ниша».
  • Чарлз Элтон (1927 г.) представил концепцию, согласно которой экологическая ниша – это место вида в трофических цепях. Это современная трактовка данного понятия.
• 
  Слайд 45
  

  • Джордж Хатчинсон (1957 г.) сформулировал понятие экологической ниши, как всей суммы связей организмов данного вида с абиотическими условиями среды и с другими видами живых организмов.
  • Это «гиперпространство» вида внутри биоценоза, где каждая ось пространства определяется требованием вида к разным экологическим факторам.
• 
  Слайд 46

  Экологическая ниша

  • Фундаментальная

  (биологические потребности вида, его требования к среде). Это тоже во многом аутэкологический подход.

  • Реализованная

  (реальное положение вида в биоценозе, обычно меньше фундаментальной) = «экологическое пространство вида» - в котором вид не имеет конкурентов

  • Перекрывание ниш – совмещение жизненных интересов разных видов, приводящее к конкурентным отношениям.
• 
  Слайд 47
  

  • Функциональную структуру биогеоценоза формируют трофические уровни, на которых происходит последовательное преобразование вещества и энергии.
  • Трофические уровни экосистем графически представляются в виде экологических пирамид, в которых ширина отдельных уровней-прямоугольников пропорциональна емкости соответствующих уровней. Выделяют пирамиды чисел, пирамиды биомассы и пирамиды энергии.
• 
  Слайд 48
  
• 
  Слайд 49
  

  • Переход вещества и энергии с одного трофического уровня на другой связан с потерями. Считается, что на каждом последующем уровне усваивается лишь 10% вещества и энергии предыдущего уровня.
  • Эта закономерность получила название правила 10-ти % (правило Линдемана).
• 
  Слайд 50
  

  • Превращения энергии в экосистеме подчиняется законам термодинамики: в соответствии с первым законом (законом сохранения энергии) происходит переход энергии солнечного излучения (электромагнитной) в энергию химических связей, которая затем может быть превращена в работу и тепло.
  • В соответствии со вторым законом термодинамики, поток энергии в экосистеме характеризуется однонаправленностью: переходя с одного трофического уровня на другой, энергия постоянно теряется.
• 
  Слайд 51
  

  • Продуктивность – это способность живых организмов и экосистемы в целом производить органическое вещество. Измеряется в количестве продукции, образуемой на единице земной поверхности за единицу времени (г/м2·год или ккал/м2·год).
  • Первичная продукция – результат фотосинтеза растений, а также фотосинтеза и хемосинтеза бактерий.
• 
  Слайд 52
  

  • Общее количество энергии, связываемой в органическом веществе растениями – валовая первичная продукция (ВПП).
  • Чистая первичная продукция представляет собой разность между ВПП и затратами на дыхание (Д): ЧПП = ВПП – Д.
  • Вторичная продукция – продукция животных. Ее учет еще более сложен. Это связано с особенностями животных: они растут до определенного возраста, затем энергия тратится на дыхание и размножение.
• 
  Слайд 53
  
• 
  Слайд 54
  

  • Биом – это группа наземных экосистем данного континента, которые имеют сходную структуру или физиономию растительности и общий характер условий среды, что находит отражение в этой структуре и в характеристиках их животного населения.
  • Для выделения типов биомов необходимо учитывать не только физиономические признаки, но и сходство условий среды. Всего выделяют 6 основных наземных физиономических типов:
    • - леса;
    • - злаковники;
    • - редколесья (невысокие деревья с несомкнутым покровом и хорошо развитым нижним ярусом);
    • - кустарники (проективное покрытие кустарниками > 50 %);
    • - семиаридные (полупустынные) кустарники (полукустарники);
    • - пустыни (ОПП не более 10 %).
• 
  Слайд 55
  
• 
  Слайд 56
  

  • Термин биосфера (от греч. «биос» – жизнь и «сфера» – шар) ввел в науку геолог, профессор Венского университета Эдвард Зюсс в 1875 г. для обозначения области земной поверхности, населенной жизнью.
  • В своем главном труде «Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» (1965) В.И. Вернадский высказал идею о том, что жизнь – важный фактор развития нашей планеты. В создании земной коры активно участвовали живые организмы; они и сейчас определяют специфику Земли.
• 
  Слайд 57
  

  • Биосфера, по В.И. Вернадскому, это оболочка Земли, в пределах которой существует жизнь.
  • Большинство ученых в качестве верхней теоретической границы биосферы указывают озоновый слой, средняя высота которого составляет 25 км. Выше живые организмы погибают от жесткого космического излучения, хотя споры бактерий обнаруживали и на высоте до 70 км.
• 
  Слайд 58
  

  Рассмотрим основные характеристики биосферы.

  • 1. Биосфера обладает свойством гомеостаза – поддержания постоянства физических и химических параметров среды.
  • 2. Биосфера – это кибернетическая система, т.е. система, в которой один из элементов (живое вещество) играет определяющую роль в функционировании всей системы.
  • 3. Биосфера имеет мозаичное и иерархическое строение – состоит из экосистем различного типа и ранга.
  • 4. Важной характеристикой биосферы является биологическая миграция элементов и их биологический круговорот.
  • 5. Важной характеристикой биосферы является биологическая миграция элементов и их биологический круговорот.
  • 6. Живые организмы заполняют все пригодные для жизни среды. Эта закономерность отражает «всюдность жизни».
  • 7. Относительный баланс процессов образования органического вещества в биосфере и его разложения обеспечивает постоянство количества живого вещества.
• 
  Слайд 59
  

  • Постоянство биомассы и состава живого вещества на Земле обеспечивается балансом процессов биосинтеза и разложения (распада) органического вещества, а также биогенной миграцией химических элементов – биогеохимическими циклами.
  • Основным законом геохимии биосферы является закон биогенной миграции В.И. Вернадского: «миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же она протекает в среде, геохимические особенности которой обусловлены живым веществом, как тем, которое в настоящее время населяет биосферу, так и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории».
• 
  Слайд 60
  
• 
  Слайд 61
  
• 
  Слайд 62
  
• 
  Слайд 63
  
• 
  Слайд 64
  
• 
  Слайд 65