- •Предмет и задачи экологии.
- •Экология как наука о надорганизменных биокосных системах, отличие живого от неживого, саморегуляция биокосных систем.
- •Биосфера, учение в.И. Вернадского о биосфере, учение в.Н. Сукачева о биогеоценозах.
- •Экосистема, популяция, биогеоценоз.
- •Саморегуляция биологических систем.
- •Биомасса и ее химический состав.
- •Малый или биологический круговорот веществ.
- •Круговорот воды, водорода, кислорода и углерода.
- •Круговорот азота и серы.
- •Круговорот фосфора и минеральных элементов.
- •Большой или геологический круговорот веществ.
- •Поток энергии в биосфере. Энтропийность биосферных процессов.
- •Методы научного исследования в экологии. Положение экологии в системе наук о природе. Прикладное значение экологии.
- •Краткий очерк развития экологии. Первоначальное накопление экологических знаний в додарвинский период. Роль ч. Дарвина и э. Геккеля в формировании экологии.
- •Экология в конце XIX и первой половине XX вв. Экологические исследования во второй половине XX века (послевоенный период).
- •Экологические факторы. Классификация экологических факторов.
- •Влияние экологического фактора на организм, концепция лимитирующих факторов.
- •Совместное действие экологических факторов. Жизненные формы.
- •Закономерности распределения солнечной радиации и температуры на Земле. Роль температуры в жизни растений и животных. Эвритермные и стенотермные виды.
- •Деление организмов на группы в зависимости от источников тепла и способности к терморегуляции.
- •Свет как экологический фактор. Видимый свет, фар, значение света в жизни растений и животных.
- •Экологические группы растений и животных по отношению к свету.
- •Сигнальное значение света. Биологические ритмы.
- •Значение воды в жизни организмов. Общая характеристика водообеспеченности наземных организмов.
- •Источники воды у растений и животных. Роль влажности воздуха в жизни организмов.
- •Экологические группы организмов по отношению к воде.
- •Водно-солевой обмен у морских организмов.
- •Водно-солевой обмен у пресноводных организмов.
- •Водно-солевой обмен у наземных организмов.
- •Вода как среда обитания организмов. Экологические группы водных организмов.
- •Пища как экологический фактор.
- •Определение понятия популяция. Численность и плотность популяции. Абсолютная и относительная плотность.
- •Размеры популяций. Верхний и нижний пределы плотности популяций.
- •Рождаемость и плодовитость. Смертность. Выживаемость.
- •Рост и скорость роста. Типы роста популяций.
- •Половой и возрастной состав популяции. Генетический полиморфизм.
- •Пространственная структура популяций. Типы размещения особей в популяциях.
- •Пространственная структура популяций у оседлых и кочующих животных.
- •Флуктуации и регуляция численности. Определение понятий флуктуации и регуляция численности. Периодические и непериодические флуктуации.
- •Регуляция численности популяции. Факторы регуляции численности независимые и зависимые от плотности. Регуляция численности на популяционном уровне.
- •Структура межвидовых взаимодействий. Классификация межвидовых взаимодействий.
- •Межвидовая конкуренция. Эксперименты г.Ф. Гаузе. Математическая модель межвидовой конкуренции.
- •Хищничество и паразитизм.
- •Аменсализм. Симбиоз, комменсализм, протокооперация, мутуализм.
- •Консорции.
- •Экологическая ниша.
- •Пространственная структура наземных биогеоценозов. Морфологическая структура фитоценоза. Вертикальная и горизонтальная структура фитоценоза. Фитоценотические и биогеоценотические горизонты.
- •Вертикальное и горизонтальное расчленение почвы. Вертикальная и горизонтальная неоднородность климата в биогеоценозе.
- •Пространственная структура гидроценозов.
- •Определение понятий продуктивность и продукция. Виды продукции.
- •Пищевые цепи, пищевые сети, трофические уровни. Превращение энергии в пределах трофического уровня и при переходе с одного уровня на другой.
- •Климат как компонент биогеоценоза. Определение понятий погода и климат. Макро-, мезо-, микро- и фитоклимат. Фитоклимат леса. Фитоклимат травянистых сообществ. Климат водоемов.
- •Горная порода, почва как компонент биогеоценоза. Горные породы и их роль в почвообразовании.
- •Определение понятия почва. Строение почвы. Почвообразовательный процесс. Гумусообразование.
- •Роль продуцентов в биогеоценозах. Методы изучения продуктивности. Продуктивность особи и популяции одного и того же вида. Продуктивность популяций разных видов.
- •Функциональная деятельность микроорганизмов в биогеоценозах. Почвенные сообщества микробов. Закономерности распространения бактерий.
- •Обратимые и необратимые изменения биогеоценозов. Эволюции. Нарушения.
- •Сукцессии, их классификация. Первичные и вторичные сукцессии. Основные закономерности сукцессионных смен.
- •Понятие о климаксе в биогеоценологии. Теории моно- и поликлимакса.
- •Основные закономерности распределения биогеоценотического покрова на Земле.
- •Проблемы классификации биогеоценотических систем.
- •Учение о горизонтальной зональности природы. Вертикальная поясность. Учение о неоднородности биогеоценотического покрова.
- •Экологические принципы в различных сферах практической деятельности человека, в промышленности, сельском хозяйстве, строительстве и т.Д.
- •Основные направления прикладной экологии. Экология – научная база разработки проблем рационального природопользования и охраны природы.
- •Экологическая индикация состояния окружающей среды. Экологическая экспертиза. Экологический мониторинг.
- •Охрана окружающей среды (атмосферы, почвы, океанических и континентальных вод) от загрязнений.
- •Организация охраны живой природы. Заповедники, заказники, памятники природы, Красные Книги.
Малый или биологический круговорот веществ.
Малый (биологический) круговорот начинается с возникновения органического вещества в результате фотосинтеза зеленых растений, то есть образования живого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием лучистой энергии Солнца. Фотосинтез осуществляется наземными растениями, пресноводными водорослями и океаническим фитопланктоном. Образовавшиеся в листе органические вещества перемещаются в стебли и корни, где уже в синтез включаются поступившие из почвы минеральные соединения – соли азота, серы, калия, кальция, фосфора. Растения (продуценты) извлекают из почвы в растворенном виде серу, фосфор, медь, цинк и другие элементы. Растительноядные животные (консументы первого порядка) поглощают соединения этих элементов в виде пищи растительного происхождения. Хищники (консументы второго порядка) питаются растительноядными животными, потребляя пищу более сложного состава, включая белки, жиры, аминокислоты и т.д. Останки животных и отмершие растения перерабатываются насекомыми, грибами, бактериями (редуцентами), превращаясь в минеральные и простейшие органические соединения, поступающие в почву и вновь потребляемые растениями. Так начинается новый виток биологического круговорота.
В отличие от большого круговорота малый имеет разную продолжительность: различают сезонные, годовые, многолетние и вековые малые круговороты. Биологические круговороты вещества не замкнуты. При отмирании органического вещества в почву возвращаются не только те элементы, которые из нее забирались, но и новые, образованные самим растением. Некоторые вещества надолго выходят из круговоротов, задерживаясь в почве или образуя осадочные горные породы.
Образование и разрушение органического вещества – противоположные, но неотделимые друг от друга процессы. Ускорение или отсутствие одного из них неизбежно приведет к исчезновению жизни. Если будет происходить только накопление органического вещества, то атмосфера вскоре лишится углекислого газа, литосфера – фосфора, серы, калия. Следовательно, фотосинтез прекратится, и растения погибнут. С другой стороны, если увеличится скорость разложения, все органическое вещество быстро разложится до минеральных соединений и жизнь прекратится.
Понятие биогеохимического цикла. Обмен веществом и энергией, осуществляющийся между различными структурными частями биосферы и определяющийся жизнедеятельностью микроорганизмов, называется биогеохимическим циклом. Именно с введением В.И. Вернадским понятия «биогеохимический цикл» перестало существовать представление о круговороте веществ как о замкнутой системе. Все биогеохимические циклы составляют современную динамическую основу существования жизни, взаимосвязаны друг с другом и каждый из них играет свойственную ему роль в эволюции биосферы.
Круговорот воды, водорода, кислорода и углерода.
Круговорот воды. Вода — необходимое вещество в составе любых живых организмов. Основная масса воды на планете сосредоточена в гидросфере. Испарение с поверхности водоемов представляет источник атмосферной влаги; конденсация ее вызывает осадки, с которыми в конце концов вода возвращается в океан. Этот процесс составляет большой круговорот воды на поверхности Земного шара.
В пределах отдельных экосистем осуществляются процессы, усложняющие большой круговорот и обеспечивающие его биологически важную часть. В процессе перехвата растительность способствует испарению в атмосферу части осадков раньше, чем они достигнут поверхности земли. Вода осадков, достигшая почвы, просачивается в нее и либо образует одну из форм почвенной влаги, либо присоединяется к поверхностному стоку; частично почвенная влага может по капиллярам подняться на поверхность и испариться. Из более глубоких слоев почвы влага всасывается корнями растений; часть ее достигает листьев и транспирируется в атмосферу.
Эвапотранспирация — это суммарная отдача воды из экосистемы в атмосферу. Она включает как физически испаряемую воду, так и влагу, транспирируемую растениями. Уровень транспирации различен для разных видов и в разных ландшафтно-климатических зонах.
Если количество воды, просочившейся в почву, превышает ее влагоемкость, она достигает уровня грунтовых вод и входит в их состав. Подземный сток связывает потаенную влагу с гидросферой.
Таким образом, для круговорота.воды в пределах экосистем наиболее важны процессы перехвата, эвапотранспирации, инфильтрации и стока.
В целом круговорот воды характеризуется тем, что в отличие от ут*лерода, азота и других элементов вода не накапливается и не связывается в живых организмах, а проходит через экосистемы почти без потерь; на формирование биомассы экосистемы используется лишь около 1 % воды, выпадающей с осадками.
КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА, циркуляция углерода в биосфере. Представляет собою сложную цепь событий. Наиболее важными звеньями ее являются усвоение углекислого газа из воздуха зелеными растениями в процессе ФОТОСИНТЕЗА и возвращение углекислого газа в атмосферу при дыхании, а также при разложении тел животных, питающихся растениями.
Элементарный углерод нахо дится в постоянном движении. Газообразный диоксид углерода (С02) сперва превращается в простые сахара путем фотосинтеза в зеленых растениях. Они расщепляются (при дыхании) и поставляют организму энергию, причем С02 снова возвращается в атмосферу Животные, питающиеся растениями, при метаболизме также преобразуют сахара и выделяют С02. Геологические процессы оказывают влияние на баланс углерода в масштабах земного шара: углерод исключается из кругооборота, когда накапливается в таких ископаемых, как уголь, нефть и газ. И наоборот, большие количества диоксида углерода выделяются в атмосферу при сжигании этих горючих материалов.
Водород. Содержание водорода в земной коре невелико: кларк гранитоидов составляет 0,15%. В земной коре большая часть атомов водорода входит в состав воды, углей, не-фти, горючих газов, глинистых минералов, живых орга-низмов. Геохимия водорода тесно связана с историей воды и живого вещества: кларк водорода гидросферы равен 10,72, а живого вещества - 10,5.
В земной коре свободный водород неустойчив. Он быстро соединяется с кислородом, образуя воду, участву¬ет и в других реакциях. Кроме того, он, благодаря своей легчайшей массе, способен диссипировать, т.е. улетучи¬ваться в космос. Однако значительное количество газо¬образного водорода поступает на поверхность Земли при вулканических извержениях. Постоянно образуется га¬зообразный водород и в результате некоторых хими¬ческих реакций, а также деятельности бактерий, разла¬гающих органическое вещество в анаэробных услови¬ях. Тем не менее, наблюдается постепенное накопление кислорода в атмосфере планеты, что связано и с дисси¬пацией водорода.
Организмы закрепляют водород в биосфере плане¬ты, связывая его не только в органическом веществе, но и участвуя в фиксации водорода минеральным ве¬ществом почвы. Из циклических процессов в поверхностных оболоч-ках Земли один из наиболее мощных - круговорот воды: ежегодно через атмосферу проходит более 520 тыс. м3 влаги.
КРУГОВОРОТ КИСЛОРОДА, взаимообмен кислородом, осуществляемый между атмосферой и океанами, между процессами, происходящими в животных и растениях, и химическим горением. Основным источником возобновления кислорода на Земле является ФОТОСИНТЕЗ, процесс, происходящий в растениях, при котором происходит выделение кислорода. Растворенный в воде кислород поглощается водными формами жизни посредством ДЫХАНИЯ, процесса, жизненно-важного для всех форм жизни, кроме анаэробных бактерий.