Госы ответы

ее не меняются, при этом отдельные организмы растут и размножаются. Нулевая скорость роста популяции означает лишь то, что скорость размножения уравновешена смертностью. После этого размеры популяции обычно колеблются в пределах емкости среды. Переход от J-образной к S- образной кривой может быть достаточно плавным или же может наблюдаться резкое падение численности популяции, называемое крахом или коллапсом популяции (

Рисунок 5- Модели роста популяции Коллапс популяции возникает, когда численность размножающейся популяции превысит емкость экосистемы или когда изменения условий окружающей среды внезапно понижают емкость экосистемы. Тогда огромное число особей, неспособных мигрировать в другие места, погибает. J- и S-образные кривые - это идеальные модели роста популяции. При их рассмотрении и описании предполагается, что все организмы сходны между собой, имеют равную способность к размножению и равную вероятность погибнуть, так что скорость роста в экспоненциальной фазе зависит только от ее численности и не ограничена условиями среды, которые остаются постоянными. Однако в отношении природных популяций эти предположения часто неверны.

75. Особо охраняемые природные территории (ООПТ). Заповедники и заказники. Памятники природы. Национальные парки. История и перспективы их развития в России.

ООПТ: природные государственные биосферные заповедники. На территории РФ 16 биосферных заповедников, которые отличаются от обычных – биосферное ядро – запрещена любая деятельность, кроме фонового мониторинга, охранная зона – не менее площади самого заповедника, смягчает антропогенное воздействие на ядро, станция комплексного фонового мониторинга. Отечественные заповедники — это эталонные участки природы, сохраняющиеся в естественном, неизмененном виде, для сохранения природных экосистем, для изучения природных процессов в не нарушенных человеком условиях, кроме заповедного ядра, составляющего основу резервата, в него входит еще несколько зон, где ограничена, но не запрещена полностью хозяйственная деятельность. Обязательным условием для заповедников является ведение в них научно-исследовательской работы, важнейшим участком которой стала «Летопись природы» — постоянное

171

круглогодичное наблюдение за основными природными объектами. Ведение «Летописи природы» в заповедниках было начато более 40 лет назад по инициативе известного эколога и натуралиста профессора А. Н. Формозова. В простой, но глубокой идее «Летописи природы» были заложены теоретические и практические основы широко внедряющегося теперь в мировую науку биосферного мониторинга — службы контроля за состоянием биосферы. У истоков развития теории заповедания в России стояли В. В. Докучаев, И. К. Пачоский, Г. А. Кожевников, В. И. Талиев, П. П. Семенов- Тян-Шанский, В. Н. Сукачев и другие, были научно определены место заповедников в системе рационального природопользования и их основные задачи, Народнохозяйственные и научно-исследовательские задачи сохранения многообразия организмов, государственный резерват генетического материала, эталон естественного хода природных процессов и объектов научных исследований. Рекреационная функция отделялась от заповедников, в связи с чем предусматривалась организация как заповедников с их специфическими функциями, так и национальных парков, призванных решать вопросы рекреации. Заповедники были определены как научноисследовательские учреждения. Организации заповедников устанавливалась бессрочно, ибо только при этом условии они могут дать требуемые результаты, а также изъятие заповедников из хозяйственного использования (с целью получения товарной продукции, коммерческой выгоды), в том числе и рекреационного. Более того, отечественное понимание сущности заповедника уже давно предвосхитило разумную идею биосферного заповедника, которая теперь пропагандируется за рубежом (в основном в США) и успешно воспринимается в нашей стране. Российские государственные заповедники — это региональные научно-исследовательские учреждения по охране природы. Заповедники образуются с целью: эталонирования естественного течения процессов в природных экосистемах; сохранения генетического фонда живых организмов, свойственных тому или иному ландшафтному подразделению; ведения научных исследований. Для выполнения этих задач им предоставляются в бессрочное и обособленное пользование земли и воды. Всем известна роль заповедников в восстановлении численности таких ценнейших промысловых животных, как бобр, соболь, лось и многие другие. При необходимости из природного генетического банка могут быть взяты семена или саженцы, а также племенные животные для расселения, одомашнивания и введения в культуру или для скрещивания. В нашей стране, например, выведены две новые высокопродуктивные породы овец путем скрещивания культурных пород с дикими горными баранами. Сеть заповедников страны должна представлять все основные формы ее ландшафтов. Это требование проистекает из

172

основных задач, возложенных на заповедники. Необходимо сохранить возможно большее разнообразие генетически отличающихся форм живых организмов, обладающих разнообразными полезными качествами. Кроме того, важно получить данные об особенностях структуры и функционирования наибольшего числа вариантов экосистем, что позволит разработать ряд пригодных вариантов управления экосистемами разного состава и в разных ситуациях. Вместе с тем, опыт наших заповедников показал, что при строгом соблюдении заповедного режима можно добиться восстановления специфических для региона экосистем и особенностей их функционирования, а также затухания очагов размножения насекомых — вредителей леса и заболевания лесообразующих пород. Например, после прекращения санитарных рубок в Воронежском заповеднике значительно сократилось распространение рака сосны, а в Хопёрском — дубовой листовертки, объедавшей до этого 100% первой листвы. Экосистема, как и всякая другая сложная система, сохраняет устойчивость благодаря взаимосвязанному и взаимообусловленному функционированию составляющих ее подсистем, микросистем. Изъятие из нее хотя бы одного вида ведет к нарушению функционирования и к снижению устойчивости экосистемы в целом. Большое влияние на живую природу оказывает загрязнение окружающей среды выбросами производства, синтетическими, не свойственными природе материалами, что ведет к заметному расстройству экосистем, к утрате ими устойчивости. Все природные экосистемы обладают значительной способностью противостоять неблагоприятным воздействиям, восстанавливать свою функциональную структуру. Однако эти их буферные свойства имеют предел. В качестве примера можно привести гибель многих видов растений и животных, свойственных лесным биоценозам, при вырубке деревьев или гибель живых организмов в водоемах при загрязнении их сточными водами или ядохимикатами и химическими удобрениями. Применение ядохимикатов для борьбы с вредителями лесов может привести к результату обратному тому, который желали получить, т. е. к новым последовательным вспышкам размножения вредителей. Объясняется это тем, что в результате обработки ядохимикатами коренным образом изменяется структура зооценозов на обработанных площадях. При обработке ядохимикат оказывает большее влияние на насекомоядных птиц и насекомыхэнтомофагов, т. е. на «полезных» с точки зрения человека животных, чем на вредителей. Перед человечеством встала необходимость научиться сохранять условия собственного существования, т. е. основные параметры среды обитания, приспособительно к которым происходила биологическая эволюция. К ним относятся температурный режим нашей планеты, газовый состав атмосферы, система обращения веществ и энергии в природе, без

173

которой вообще невозможна жизнь. Природный государственный заповедник

– заповедное ядро, охранная зона может и не быть. Рекреационный парк – заповедное ядро и рекреационная зона. Заповедник региональный – территория, объявленная заповедной по решению администрации региона. Заказники – существуют временные рамки, в течение которых эта территория не должна подвергаться антропогенному воздействию.

76. Пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни. Экологические пирамиды. Био- и агробиоэнергетика.

Биоэнергетика - это новая отрасль народного хозяйства, которая связывает решение проблем получения топлива из биомассы и охраны окружающей среды. Это и научная дисциплина с фундаментальным и прикладным направлениями, изучающими и разрабатывающими пути биологической конверсии солнечной энергии в биомассу, а также биологическую и термохимическую трансформации биомассы в топливо и энергию.

Внедрение биотопливных технологий в агропромышленных комплексах развивается. Сегодня строятся котельные на лузге подсолнечника, производятся гранулы из этого вида топлива. Разрабатываются проекты совместного осуществления в рамках Киотского протокола. Гранулы В России сегодня действует порядка 5 крупных производителей гранул из лузги подсолнечника. Объемы установленных мощностей этих компаний превышают 300 тыс т гранул в год. На экспорт отгружается около 150 тыс т гранул в год. Вместе с тем потенциал России по данному виду топлива намного больше.

Продукционный процесс и системный анализ лимитирующих факторов биопродуктивности наземных экосистем и агроэкосистем. Пределы биопродуктивности.

Урожай зависит, прежде всего, от интенсивности фотосинтеза, величины рабочей поверхности за учетный период. Повышение урожайности с/х культур путем управления главными факторами продукционного процесса – индекс поверхности листьев, фотосинтетический потенциал агрофитоценоза, интенсивность и чистая продуктивность фотосинтеза, коэффициент эффективности фотосинтеза, коэффициент хозяйственный эффективности. Теория продуктивности включает анализ архитектоники агрофитоценоза как оптической системы, поступления и распределения ФАР, обеспечения водой и элементами минерального питания. Посев культурных растений это динамическая оптико-биологическая система, продуктивность которой зависит от количества поглощаемой ею энергии солнечного света и от коэффициента использования ее на фотосинтез. Комплекс всех агротехнических приемов (сорта, густота, сроки и способы посева, снабжение

174

водой и элементами питания) служат средством создания посевов с наилучшей структурной организацией, обеспечивающей наиболее полное использование энергии солнечной радиации и формирования урожая. При этом обеспеченность посевов водой и элементами питания должна соответствовать количеству приходящей энергии солнечной радиации. Поэтому в каждой конкретной зоне возделывания любой культуры можно найти такое сочетание условий среды (влага, элементы воздушного и минерального питания, световой фактор), которое определяет оптимальное проявление элементов фотосинтетической деятельности и формирование наибольшей продуктивности культурных растений в зависимости от их генотипических особенностей. При формировании урожая учитываются приходы ФАР в сочетании с режимами температуры, влажности, количества углекислоты, почвенного плодородия, физиологически и экологических особенностей растений, выявляются сорта растений способные создавать наиболее совершенные по структуре и результатам фотосинтетической деятельности агрофитоценозы.

77. Положительные и нейтральный межвидовые взаимодействия. Экологическая оценка протокооперации и мутуализма.

Симбиоз (протокооперация и мутуализм) (+,+) Эти отношения взаимовыгодны для обоих партнеров. Подобные ассоциации между разными видами очень распространены в природе и играют крайне важную роль в эволюции разрозненного сообщества живых организмов в целостную надсистему вплоть до единого живого организма. Именно в этих отношениях формируется наибольшее количество синергетических эффектов, перерастающих в конечном итоге в ярко выраженные эмерджентные свойства надсистемы. В симбиозе оба партнера оказываются взаимозависимыми друг от друга. Степень этой взаимозависимости может быть самой разной: от протокооперации, когда каждый из партнеров вполне может существовать самостоятельно при разрушении симбиоза, до мутуализма, когда оба партнера настолько взаимозависимы, что удаление одного из партнеров приводит к неминуемой гибели их обоих. Примером протокооперации могут служить отношения крабов и кишечнополостных, которые прикрепляются к крабам, маскируя и защищая их своими стрекательными клетками. В то же время они используют крабов как транспортные средства и поглощают остатки их пищи. Случаи мутуализма чаще всего встречаются у организмов именно с разными потребностями. Очень часто, например, такие отношения возникают между автотрофами и гетеротрофами. При этом они как бы взаимодополняют друг друга. То есть в мутуализме наиболее полно проявляется принцип дополнительности, как наиболее фундаментальный закон природы. Ущербная

175

вкаком-то отношении биосистема стремится найти партнера, способного “закрыть” эту ущербность, но по-своему тоже ущербного, чья ущербность закрывается первым партнером. Это еще не мутуализм, а протокооперация. Совместная эволюция таких партнеров способствует более узкой специализации каждого из них, при этом их изначальная ущербность становится еще более явной. Но это энергетически более выгодно для системы в целом, поэтому такая система приобретает большую жизнеспособность. Однако каждый из компонентов в отдельности становится крайне уязвимым. Например, микроорганизмы, населяющие пищевой тракт жвачных животных, вовсе не являются частью организма коровы. Но только они способны образовывать из клетчатки, съеденной коровой, жирные кислоты, которые корова может ассимилировать. Непосредственно клетчатку коровы переваривать не могут, и поэтому они погибнут от голода, если стерилизовать их пищевой тракт, даже если кругом изобилие трав. Бактерии в свою очередь в пищевом тракте коровы обеспечиваются стабильной средой с постоянной температурой. Очень богаты симбиотическими отношениями экосистемы. Общеизвестны, например, отношения мутуализма между корнями деревьев и грибницей (микроза), без которого не может быть северного леса (этот пример мы рассматривали раньше). Такая мутуалистическая система, как сосна-микроза, способна выжить даже на почвах, разрушенных интенсивным возделыванием сельскохозяйственных монокультур. Особо сложные симбиотические отношения сложились во влажных тропических лесах, что делает практически невозможным их восстановление после сплошных рубок, например, в бассейне Амазонки. Комменсализм и симбиоз. Внимание экологов к пищевым цепям может создать впечатление, что борьба видов за существование - это прежде всего борьба за выживание хищников и жертв. Однако это не так. Пищевые отношения не сводятся к отношениям "хищник - жертва": два вида животных

водном сообществе могут конкурировать из-за пищи, а могут кооперировать свои усилия. Источник пищи для одного вида часто является побочным продуктом деятельности другого. Зависимость животных, питающихся падалью, от хищников - только один из примеров. Менее очевидный случай - зависимость организмов, населяющих небольшие скопления воды в дуплах, от тех животных, которые эти дупла делают. Подобное извлечение одними организмами пользы из деятельности других называют комменсализмом. Если польза обоюдная, говорят о мутуализме или симбиозе. На самом деле отдельные виды в сообществе почти всегда находятся в двусторонних отношениях. Так, плотность популяции жертв зависит от активности хищников; сокращение численности последних может привести к настолько

176

высокой плотности популяции жертв, что они начинают страдать от голода и эпидемий.

78. Популяционная экология. Экология популяций и сообществ, их видовая, пространственно-временная и экологическая структура.

Филогенетические и экологические классификации популяций. Ценопопуляции. Дивергентное и конвергентное развитие популяций.

Популяция 1903 г Йогансон – совокупность особей одного вида неоднородной в генетическом отношении. Экологическая популяция – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Растения одного вида в ценозе называются ценопопуляцией. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто. Структура популяций – состав особей и их распределение в пространстве. Сложность структуры популяции определяется различным соотношением возрастных групп, полов, наличием группировок, территориальными взаимоотношениями. Структура популяции

– половая (соотношение особей разных полов), возрастная, пространственная (пространство, занимаемое популяцией), этологическая (поведенческая – одиночный и семейный образы жизни, внутривидовые группировки). (Возрастная структура у многих видов отличается большой сложностью. Так,

в популяциях растений выделяют четыре возрастные фазы: 1) латентный период – фаза первичного покоя. В эту группу входят семена, плоды и другие зачатки растений; 2) виргинильный (девственный или юношеский) период, охватывающий группу растений в период от прорастания зачатков до образования генеративных органов; 3) генеративный период – фаза размножения семенами или другими разносимыми зачатками, т.е. время полового размножения; 4) сенильный, или старческий, период, к которому принадлежат особи, закончившие половое размножение и способные только вегетировать. На каждом возрастном этапе особи растений характеризуются определенными отношениями со средой. Они выражаются в различиях питания, строении и размерах вегетативного тела, протекании биохимических процессов и т.д. Среди животных различают следующие возрастные группы: 1) новорожденные (до момента прозревания); 2) молодые – подрастающие особи, не достигшие половой зрелости; 3) полувзрослые – особи, близкие к половой зрелости; 4) взрослые – половозрелые животные, которые уже размножаются или физиологически способны к этому; 5) старые – переставшие размножаться особи, они часто играют заметную роль в жизни популяций, охраняя, воспитывая молодняк. У оседлых видов пространственная структура популяции может быть диффузной, мозаичной,

пульсирующей или циклической. В популяциях диффузного типа животные в

177

пространстве распределены дисперсно, не образуя обособленных поселений. Этот тип структуры характерен для мелких млекопитающих открытых пространств (пустынь, степей). Мозаичный тип размещения возникает тогда, когда пригодные для заселения места распределены в пространстве резко неравномерно (колонии кротов встречаются на луговинах и опушках леса). Пульсирующий тип характерен для популяций с резким колебанием численности. В годы депрессий популяция состоит из обособленных поселений, в годы подъема – занимает всю пригодную территорию. Циклический тип пространственной структуры характерен для оседлых животных, попеременно использующих разные участки в течение года (например, лемминги зимуют на сухих прибрежных возвышенностях, а летом переселяются на разнотравно-злаково-лишайниковые участки).

Филогенетические и экологические классификации популяций. По способу размножения и степени цельности – панмиктические, клональные, клональнопанмиктические, по способности воспроизведения и самостоятельной эволюции – перманентные и темпоральные, по структуре – однородные и расчлененные, по степени гетерогенности и условиям обитания – гомогенные и гетерогенные, по размерам – локальные, экологические, географические и суперпопуляции. классификация популяций Н.П. Наумова в зависимости от размеров занимаемой ими территории. В этой классификации различают элементарную, экологическую и географическую популяции. Элементарная

(локальная) популяция – это совокупность особей вида, занимающих какойто небольшой участок однородной площади. Экологическая популяция – это совокупность элементарных популяций, приуроченных к конкретным биогеоценозам. Географические популяции слагаются из экологических и охватывают группу особей, заселяющих территорию с географически однородными условиями существования Ценопопуляции. Дивергентное и конвергентное развитие популяций.Растения

одного вида в ценозе называются ценопопуляцией . Распределение особей ценопопуляции по возрастным состояниям называется ее возрастным, или онтогенетическим спектром. Он отражает количественные отношения разных возрастных уровней. Если в возрастном спектре ценопопуляции в момент ее наблюдения представлены только семена или молодые особи, ее называют инвазионной. Такая ценопопуляция не способна к самоподдержанию, и существование ее зависит от поступления зачатков извне. Часто это молодая ценопопуляция, только что внедрившаяся в биоценоз. Если ценопопуляция представлена всеми или почти всеми возрастными группами (некоторые возрастные состояния у конкретных видов могут быть не выражены, например, имматурное, субсенильное, ювенильное), то она называется нормальной. Такая популяция независима и способна к

178

самоподдержанию семенным или вегетативным путем. В ней могут преобладать те или иные возрастные группы. В связи с этим различают молодые, средневозрастные и старые нормальные ценопопуляции. Дивергенция — представляет собой независимое образование различных признаков у родственных организмов. В основе дивергенции лежит экологическая дифференциация вида (или группы видов) на самостоятельные ветви. Различия между видами одной группы в процессе эволюции, в силу изменения направления отбора, все более и более углубляются. Но вместе с тем сохраняется и определенная общность признаков морфофизиологической организации. Это свидетельствует о происхождении данной группы от общего родоначального предка. При дивергенции сходство между организмами объясняется общностью их происхождения, а различия — приспособлением к разным условиям среды. конвергенция (конвергентное развитие) — процесс эволюционного развития двух или более неродственных групп в сходном направлении. Конвергенция обусловлена одинаковой средой обитания, в которую попадают неродственные организмы.

79. Правило экологического оптимума. Точки экстремума. Зоны пессиума. Правило экологического индивидуализма, экологическая толерантность.

Правило оптимума. В соответствии с этим правилом для экосистемы, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки, за которыми существование невозможно). К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Для одних они имеют значительный диапазон. Такие организмы относятся к группе эврибионтов (греч. эури - широкий; биос - жизнь). Организмы с узким диапазоном адаптации к факторам называются стенобионтами (греч. стенос - узкий). Важно подчеркнуть, что зоны оптимума по отношению к различным факторам различаются, и поэтому организмы полностью проявляют свои потенциальные возможности в том случае, если весь спектр факторов имеет для них оптимальные значения. Диапазон значений факторов (между критическими точками) называют экологической валентностью. Синонимом термина валентность является толерантность (лат. толеранция - терпение), или пластичность (изменчивость). Эти характеристики зависят в значительной мере от среды, в которой обитают организмы. Если она относительно стабильна по своим свойствам (малы амплитуды колебаний отдельных факторов), в ней больше стенобионтов (например, в водной среде), если динамична, например,

179

наземно-воздушная - в ней больше шансов на выживание имеют эврибионты. Зона оптимума и экологическая валентность обычно шире у теплокровных организмов, чем у холоднокровных. Надо также иметь в виду, что экологическая валентность для одного и того же вида не остается одинаковой в различных условиях (например, в северных и южных районах в отдельные периоды жизни и т.п.). Молодые и старческие организмы, как правило, требуют более кондиционированных (однородных) условий. Иногда эти требования весьма неоднозначны. Например, по отношению к температуре личинки насекомых обычно стенобионтны (стенотермны), в то время как куколки и взрослые особи могут относиться к эврибионтам (эвритермным), наименьшее допустимое значение данного фактора – пессимум, нижний предел выносливости. Наивысшее допустимое значение фактора – максимум. Заключенный между пессимумом и максимумом диапазон изменчивости – пределы выносливости – валентности.

Правило взаимодействия факторов. Сущность его заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Правило лимитирующих факторов. Сущность этого правила заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме.

80. Природная среда и закономерности действия экологических факторов. Лимитирующие экологические факторы.

Природная среда – совокупность природных абиотических и биотических факторов по отношению к живым организмам вне зависимости от контактов с человеком, включает географическую оболочку, биогенную среду и абиотическую среду. Каждый фактор имеет пределы положительного влияния на организмы. Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от +40 до +45 °C у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале. Степень выносливости, критические точки, оптимальная и пессимальные зоны отдельных индивидуумов не совпадают. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами особей, так и половыми, возрастными и физиологическими различиями. Степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает

180