3437

Доминирующие виды организмов – наиболее массовые; они составляют ядро биоценоза, определяют главные связи в сообществе, создают основную структуру, внешний облик, являются средообразователями и влияют на условия жизни других организмов.

Малочисленные (редкие) виды организмов представляют собой резерв сообщества, благодаря которому биоценоз поддерживает свою устойчивость в условиях изменения среды. При антропогенных влияниях они исчезают в первую очередь, поэтому являются индикаторами состояния среды.

Пространственная структура:

-ярусность биоценоза – расположение друг под другом листвы в соответствии с формой, ростом и светолюбивостью;

-ярусное строение фитоценоза (древесный, кустарниковый, травянистый, надпочвенный ярусы) позволяет растениям более эффективно использовать солнечный свет, минеральные ресурсы и влагу;

-мозаичность, т.е. горизонтальное распределение растительности на территории (наличие полян, опушек и т.д.).

Пространственная структура уменьшает конкуренцию и способствует увеличению видового разнообразия (общего числа видов), служит показателем устойчивости сообщества и степени антропогенного влияния на него.

Функциональная структура представлена тремя основными трофическими уровнями (продуценты, консументы и редуценты), которые связаны между собой односторонне направленной передачей биомассы в цепи питания.

Чем беднее видами сообщество, тем выше может быть численность каждого отдельного вида (благодаря отсутствию врагов и конкурентов).

Видовое разнообразие обеспечивает взаимозаменяемость видов в цепях питания, поддерживая круговорот веществ и поток энергии в системе.

Контрольные вопросы и задания 1. Ярусность как структурное явление присуща многим биоценозам. На

продольном срезе любой биоценоз напоминает многоэтажный дом. Назовите «этажи» и их количество в смешанном лесу, в еловом лесу, на злаковоклеверном лугу. Какое значение для разнообразных видов животных и микроорганизмов имеет ярусность леса (парка)?

2. Охарактеризуйте структуру степного биогеоценоза района (республики): обилие, степень покрытия, надземная ярусность, ярусность во времени. Назовите характерные признаки 5–10 видов степных растений.

Назовите не менее 5 видов млекопитающих, а также виды насекомых, пресмыкающихся степных биоценозов и их характерные признаки.

3. Рассчитайте индекс сходства двух фитоценозов, используя формулу Жаккара: К = С Х – С; где А – число видов данной группы в первом сообществе, В – во втором, а С – число видов, общих для обоих сообществ. Индекс выражается в % сходства.

Первый фитоценоз – это сосняк-черничник: сосна обыкновенная, черника, брусника, майник двулистный, грушанка круглолистная, ландыш майский, блестящий зеленый мох, гудиера ползучая, седмичник европейский.

Второй фитоценоз – это сосняк-брусничник-зеленомошник: сосна обыкновенная, брусника, блестящий зеленый мох, ландыш майский, грушанка средняя, вереск обыкновенный, плаун булавовидный, кукушник, зимолюбка.

4.Сравните видовой состав гнездящихся птиц на трех участках степи. Используйте формулу Жаккара (задание 3).

Ковыльная степь: степной жаворонок, полевой жаворонок, малый жаворонок, каменка-плясунья, каменка-плешанка, лунь степной, орел степной.

Посевы с лесополосами: степной жаворонок, полевой жаворонок, малый жаворонок, перепел, лунь полевой, желтая трясогузка, розовый скворец.

Посевы без лесополос: степной жаворонок, полевой жаворонок, малый жаворонок, каменка-плясунья, чибис, лунь полевой.

На каких участках сообщества более сходны между собой по составу размножающихся птиц?

5.Укажите особенности, отличающие лесные экосистемы от других наземных экосистем. Охарактеризуйте типы (группы) лесов района (республики), ярусное строение, видовой состав лесов.

На основе полученных данных составьте экологическую характеристику для 15 видов растений лесных биогеоценозов. Ответы оформляйте в таблице.

Таблица 5

Экологическая характеристика растений

Виды растений

Отношение к свету:

1 – гелиофиты

2 – гелиосциофиты

3 – сциофиты

Отношение к температуре:

4 – термофиты

5 – психрофиты

Отношение к влажности:

6 – гидрофиты

7 – гигрофиты

8 – мезофиты

9 – ксерофиты

Характеристика растительного покрова:

10 – растительность лиственных лугов

11 – растительность хвойных лесов

12– растительность каменистых обнажений

Диапазон высот:

13– низменность

14– возвышенность

15– холмистая местность

6.Могут ли в природе существовать экосистемы, в которых отсутствует одна из функциональных групп организмов? Ответ обосновать.

7.а) Составьте схемы пищевых цепей, в которые входят сосна обыкновенная, пестрый дятел, мышь-полевка, дождевой червь;

б) Постройте схему пищевой сети, включив в нее перечисленные ниже организмы: травы, осина, лисица, сова-неясыть, паук, уж обыкновенный, полевка, мухоловка, заяц, ястреб, травяная лягушка, тля, божья коровка, мухажурчалка.

Самостоятельно составьте схемы пищевых сетей хвойного леса, пшеничного поля, используя известные вам виды организмов. На основании построенных схем приведите примеры пастбищной и детритной цепи, а также трофических цепей хищничества и паразитизма.

8.Зная правило 10%, рассчитайте, сколько понадобится фитопланктона, чтобы: а) вырос один синий кит весом 150000 кг (пищевая цепь: фитопланктон

– зоопланктон – синий кит); б) выросла одна щука весом 10 кг (пищевая цепь: фитопланктон – зоопланктон – мелкие рыбы – окунь – щука). Условно принимайте, что на каждом трофическом уровне всегда поедаются только представители предыдущего уровня. 7. В чем отличие пирамид численности от пирамид биомассы и энергии? Чем различаются прямая и перевернутая пирамиды численности?

8. Экосистемы могут сохранять стабильность при замене одних видов другими, со сходными функциями. Может ли человек использовать это свойство в своей деятельности?

9. Объясните, почему если оставить без вмешательства человека посадки хвойных деревьев (ель, сосна и др.) на месте их вырубок, то они зарастают мелколиственными породами (береза, осина).

10. В некоторых хозяйствах в одних и тех же прудах разводят карпов и уток. При этом рыбная продукция не снижается, а повышается. Объясните почему.

11. Что такое сукцессионный ряд? Предложите схему вторичной пирогенной сукцессии на месте экосистемы березового леса. Как будет меняться вертикальная структура биоценоза в пределах экосистемы на протяжении сукцессионного ряда?

12. Приведите примеры автотрофных и гетеротрофных сукцессий. При каких типах сукцессии поток энергии в экосистеме снижается?

13. В экосистеме солоноватого озера в конце июня–начале июля наблюдается массовое размножение («цветение») сине-зеленых водорослей (Cyanophyta). Предложите гипотезу, объясняющую время наступления данного явления с использованием характеристик абиотических и биотических условий, особенностей популяционной динамики. Предложите схему, отражающую влияние «цветения» водоема на биологические компоненты экосистемы.

14. В августе в смешанном лесу можно заметить интересную особенность: в хвойных группировках под деревьями лежит много старой хвои, в лиственных – прошлогодних опавших листьев уже нет. Объясните такие отличия. Отражается ли это на составе почвы хвойного леса?

15. Объясните, почему чуждые для местных экосистем виды растений произрастают, как правило, по нарушенным местам: обочинам дорог, свалкам, отвалам грунта, в агроценозах и т.д. Почему они практически не встречаются в ненарушенных сообществах?

16. Приведите примеры возможного использования взаимовыгодных отношений между видами при разведении лесов в степных районах.

17. Объясните зависимость устойчивости экосистемы от равновесия между поступлением и высвобождением энергии и элементов питания (биогенов). Каким образом загрязнение токсическими веществами нарушает это равновесие?

18. Значение биологического разнообразия состоит в том, что наличие организмов с разными требованиями к среде повышает приспособляемость сообщества в целом. Так, редкие в данный момент виды при изменившихся условиях могут оказаться в выигрышном положении и стать многочисленными или наоборот. Таким образом, за счет видового разнообразия сообщество обеспечивает себе как бы резерв выживаемости на случай неожиданных изменений условий жизни.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5

Биосфера

Термин биосфера был предложен в 1875 г. австрийским геологом Э. Зюссом. А в 1926 г. В. И. Вернадский создал учение о биосфере, как активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе и человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения. И сейчас, вслед за Вернадским, биосферой называют область активной жизни, оболочку Земли, населенную живыми организмами, охватывающую нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

Живые организмы не повторяют состава среды своего обитания, они избирательно поглощают элементы, необходимые для построения своих тканей.

Воздействие человека на биосферу возрастает и существенно затрагивает все ее составляющие. Человек создал десятки тысяч новых сортов растений и пород животных, ускоряет эволюцию видов в природе, обогащает природные сообщества путем акклиматизации живых организмов, повышает плодородие почв. В 30-40 годы XX века В. И. Вернадским выдвинуто понятие о ноосфере как о новом состоянии биосферы, при котором главным определяющим фактором ее развития становится разумная деятельность человека. Однако последствия этой деятельности неоднозначны, часто приводят к интенсивному уничтожению естественной растительности, животных, ухудшению условий обитания живых организмов, разрушению почв в результате эрозии и т. д.

1. Круговорот углерода.

Вся жизнь на Земле основана на углероде (С). Каждая молекула живого организма построена на основе углеродного скелета. Атомы углерода постоянно мигрируют из одной части биосферы (узкой оболочки Земли, где существует жизнь) в другую. На примере круговорота углерода в природе можно проследить в динамике картину жизни на нашей планете.

Из данных компонентов составьте схему круговорота углерода в природе: углекислый газ атмосферы, травоядные животные, зеленые растения, сжигания топлива человеком, грибы и бактерии, осадочные карбонатные породы, хищники, вулканическая деятельность.

2. Структура биосферы.

Разместите названия соответствующих слоев на рисунке: стратосфера, озоновый слой, тропосфера, мантия, земная кора, гидросфера

3. Определите и обоснуйте: а) к какому типу круговорота элементов (осадочному или газовому) относится круговорот: серы, углерода, фосфора, азота, кислорода;

б) в каком природном процессе при участии организмов происходит связывание, а в каких – освобождение СО2.

4. Определите, какому циклу (круговороту азота, серы) соответствует каждый признак. Установите соответствие между круговоротом веществ и их признаками и заполните таблицу.

5. Общее содержание углекислого газа в атмосфере Земли составляет около 1100 млрд т. Установлено, что за один год растительность ассимилирует почти 1 млрд т углерода. Примерно столько же его выделяется в атмосферу. Определить, за сколько лет весь углерод атмосферы пройдет через организмы (атомный вес углерода – 12, кислорода – 16).

6. Объясните, почему в наземных биоценозах биомасса консументов обычно меньше биомассы продуцентов, а в некоторых водных биоценозах наоборот.

При изучении разнообразия видов имеют значение размеры организмов: обычно разнообразие больше среди мелких организмов. Необходимо отметить,

что общее число видов в сообществах, находящихся в суровых условиях существования (например, в Арктике), сокращается. Сокращение числа видов происходит и при географической изоляции (например, на островах).

7. Каким образом видовое разнообразие обеспечивает устойчивость сообщества? По каким признакам можно судить о видовом разнообразии биоценоза? Каково биологическое разнообразие вашей местности, экосистемы озера Байкал?

Используя литературные данные и материалы сети Internet, подготовьте сообщения по заданной теме.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 6

Отходы производства и потребления

Природное вещество, вовлекаемое в сферу потребления человека, лишь в ограниченном числе случаев может быть использовано без переработки. Это относится к некоторым продуктам питания, древесине и т.д. В большинстве случаев требуется специальная обработка или подготовка природного вещества, сопровождающаяся образованием побочных продуктов или отходов. При этом, как правило, чем больше энергии было приложено к природному веществу (механическое измельчение, термическая или химическая переработка), тем более токсичны для окружающей природной среды образующиеся отходы.

Все виды отходов, образующиеся в результате деятельности человека, можно разделить на две большие группы: отходы производства и отходы потребления.

При определении класса опасности отхода для окружающей среды расчетным методом определяется показатель его экологической опасности К,

рассчитанный по соотношениям концентрации компонентов отхода с коэффи-

циентами их экологической опасности W.

Для определения коэффициента экологической опасности отхода по каждому компоненту отхода устанавливают уровни их экологической опасности для различных природных сред, пользуясь справочными материалами. Перечень компонентов отхода определяется по результатам химического анализа или устанавливается по составу исходного сырья и технологическим процессам его переработки.

Таблица 8

Критерии отнесения опасных отходов к классам опасности для окружающей природной среды (ОПС)

Показатель опасности компонента отхода Кi рассчитывается по формуле:

Ki = Ci / Wi,

где Ci – концентрация i-го компонента в отходе, мг/кг отхода; Wi – коэффициент экологической опасности компонента отхода.

Показатель экологической опасности К определяется как сумма показателей опасности отдельных компонентов: К = К1 + К2 + …+ Кn.

Таблица 9

Коэффициенты W для отдельных компонентов отходов

Контрольные вопросы и задания

1.Что относится к отходам промышленного потребления и отходам быта?

Вчем заключается проблема утилизации твердых бытовых отходов?

2.Что лучше: сжигать твердые отходы в специальных устройствах или подвергать их захоронению? Приведите доводы «за» и «против».

3.Отход производства, состоящий на 93 % из глинозема и кремнезема, содержит 500 мг/кг меди и 300 мг/кг марганца. Определите класс опасности отхода.

4.Отходы производства содержат 500 мг/кг свинца и 600 мг/кг меди. Определите класс опасности отхода.

5.Определите класс опасности отходов производства, если содержание в них кадмия 400 мг/кг, свинца – 200 мг/кг, меди – 200 мг/кг.

6.Фермерское хозяйство дает 1 кг отходов, состоящих из смеси следующего состава: 300 г гербицида – препарат «Аспитокс» (действующее вещество

– 4,6 динитро-2-фтор-бутилфенол), и 400 г инсектофунгицида ДНЦ (действующее вещество – 4,6 динитро-о-крезол), остальные компоненты представляют собой природные органические соединения. Определите класс опасности отхода.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 7

Экологическое обследование состояния почвы методами биоиндикации

В основе биоиндикации почв лежит визуальное наблюдение за изменением состояния показателей жизнедеятельности почвенных беспозвоночных – биоиндикаторов загрязнения почвы.

Метод «почвенных прикопок» используется для оценки экологического состояния почвы с помощью беспозвоночных животных, которые в основном живут в почве или проводят в ней большую часть своей жизни. Этот метод позволяет получить наиболее достоверные данные о численности и видовом составе животных на достаточно большой по размерам площади с минимальными

затратами материальных ресурсов и времени. Видовой состав животных, обитающих в почвах, является специфическим для различных почвенных комплексов, поэтому изменения этих группировок и численности видов в них могут свидетельствовать о загрязнении почв химическими веществами или изменении структуры почв под влиянием хозяйственной деятельности.

Оценка экологического состояния почвы с помощью беспозвоночных животных осуществляется путем сравнения данных биоиндикации экспериментальной и контрольной территорий.

Количество площадок обследуемой местности биоиндикации не менее 5; размер площадки биоиндикации почвенного покрова не менее 1 м2; размер почвенной прикопки: 0,25 х 0,25м и на глубину встречаемости беспозвоночных.

Состояние биоиндикаторов в данной методике характеризуется таким биологическим показателем качества окружающей среды, как изменение видового биоразнообразия.

Видовое разнообразие – наиболее часто используемый показатель, учитывающий два компонента: видовое разнообразие (количество видов, наблюдаемых в естественных условиях обитания на определенной площади или в объеме) и количественное распределение организмов по видам. Количественное видовое разнообразие (ВР) характеризуется с помощью индексов.

В данной методике индекс Симпсона рассчитывается следующим обра-

зом: D = 1 / (P12 +… + Pi2),

где P1…Pi – доля каждого вида в суммарном обилии, взятом за единицу. Рi рассчитывается следующим образом: Pi = ni / N,

где ni – численность i-ого вида на площадке биоиндикации;

N – общая численность всех видов на площадке биоиндикации. Относительный показатель видового разнообразия на площадке биоинди-

кации исследуемой территории рассчитывается по формуле: Di = Di / D контр. х 100.

Таблица 15

Критерии изменения экологического состояния почвенного покрова