Саморегуляция обеспечивает в биогеоценозе высокую. Что такое Биогеоценоз? — Определение, характеристика, типы и примеры
В биогеоценозе осуществляется круговорот вещества и энергии на занимаемой им территории. Зеленые растения, используя солнечную энергию и потребляя необходимые питательные вещества, создают биомассу, в процессе фотосинтеза и дыхания поддерживают баланс кислорода и углекислого газа в воздухе, а благодаря транспирации участвуют в круговороте воды.
За счет биомассы, синтезированной аутотрофными организмами, существуют гетеротрофы. Отмершие организмы и их части служат пищей животным-сапрофитам и микроорганизмам (грибам, бактериям), минерализирующим их. С их деятельностью связана биогенная миграция азота, фосфора, калия, кальция и других элементов, попадающих в почву и используемых из нее растениями.
В связи с тем, что агроценозы включают в себя небольшое число видов, саморегуляция в них осуществляется слабо. Это требует активной заботы о них со стороны человека.
Для борьбы с сорняками и вредителями применяют химические средства защиты (гербициды, инсектициды). Однако химикаты влияют не только на сорняки и вредителей, но и на другие растения и животных. Не безразличны они и для здоровья человека.
Интенсивная обработка почвы приводит к разрушению ее структуры. В природных биогеоценозах отмершие организмы разлагаются на месте, а минеральные и органические вещества, входящие в их состав, возвращаются в почву. В агроценозах урожай убирается, почва обедняется. Для ее обогащения используются удобрения, не всегда безразличные для окружающей среды.
Например, вымываемые атмосферными водами удобрения попадают в открытые водоемы, способствуют интенсивному развитию синезеленых водорослей, а в дальнейшем массовая гибель и разложение этих водорослей делают этот водоем отравленным, непригодным для существования других организмов.
Для предотвращения нежелательных последствий хозяйственной деятельности разработан ряд мероприятий: соблюдение севооборотов, выращивание многолетних кормовых трав, применение безотвальной вспашки, выведение сортов, устойчивых к вредителям и болезням, применение биологических средств борьбы с вредителями, сорняками. Комплексное использование этих средств гарантирует высокие урожаи без нанесения ущерба окружающей среде.
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ
Муниципальный этап
уч. год
ЗАДАНИЯ 9 КЛАСС
Задание № 1.
Выберите один правильный ответ из четырех предложенных и обведите кружочком:
1. Как называют максимальное репродуктивное усилие популяции:
а) популяционной волной;
б) экологической рождаемостью;
в) биотическим потенциалом;
г) популяционным гомеостазом.
2. Взаимоотношения белки и лося относятся к типу:
а) факультативного мутуализма;
б) аменсализма;
в) нейтрализма;
г) конкуренции.
3. Вещество, сформировавшееся при участии живых организмов и сил неживой природы, называл:
а) биокосным веществом;
б) живым веществом;
в) биогенным веществом;
г) косным веществом.
4. Перенос животными других животных называется:
а) форезией;
б) зоохорией;
в) симбиозом
5. Термин "жизненная форма" впервые употребил в 1884 году:
а) итальянец В. Вольтерра;
б) датчанин К. Раункиер;
в) немец К. Мебиус;
г) датчанин Е. Варминг
6. Почвенные мхи елового леса относятся к экологической группе:
а) гелиофитов;
б) хамефитов;
в) сциофитов;
г) терофитов.
7. Какой тип почв характерен для экосистем таежных лесов:
а) торфяник;
б) серые почвы;
в) подзолистые почвы;
г) каштановые почвы.
Задание № 2. Выберите правильный ответ и обведите кружочком:
1. Популяции угрожает гибель, если ее численность:
а) максимальна,
б) минимальна
в) колеблется,
г) гибель популяции не зависит от ее численности.
2. Устойчивость экосистемы при увеличении ее сложности, как правило:
а) снижается
б) не изменяется
в) возрастает
г) подвержена колебаниям
3. К биотическому фактору относятся:
г) ни один ответ не верен.
4. Типичной структурой биоценоза является структура, состоящая из:
а) консументов и редуцентов
б) продуцентов и консументов
в) продуцентов, консументов и редуцентов
г) возможны разные варианты.
5. Саморегуляция в биоценозе направлена на:
а) уменьшение видового состава
б) возвращение к норме,
в) увеличение видового состава
г) верны все ответы.
6. Наиболее вредное воздействие на живые организмы может оказывать:
а) инфракрасное излучение
б) излучение в сине-зеленой части спектра
в) излучение в желто-красной части спектра
г) ультрафиолетовое излучение.
7. К автотрофным организмам относятся:
а) консументы
б) редуценты
в) хищники,
г) ни один из ответов не верен.
8. Агроценоз отличается от естественного биогеоценоза:
а) меньшим количеством популяций
б) необходимым количеством дополнительных затрат энергии,
в) преобладанием искусственного отбора,
г) верны все ответы.
Задание № 3.
Используя информацию в двух строках, подбери пару, которая будет правильным ответом:
1. Где и в каком году на международной конференции была принята конвенция о
биологическом разнообразии
а) 1972; б) 1982; в) 1992; г) 1995
1) Вене; 2)Рио-де-Жанейро; 3) Бухарест; 4) Хельсинки
2. Из терминов и предложений составьте пары таким образом, чтобы получились правильные определения, раскрывающие смысл терминов:
а) находящийся под угрозой полного вымирания вид, численность сохранившихся особей которого недостаточна для самоподдерживания популяций в естественных условиях;
б) морфофизиологические и/или поведенческие особенности которого не соответствуют современным условиям среды жизни;
в) вид, обитающий только в денном регионе и не живущий в других;
г) морфофизиологические и/или поведенческие особенности которого включают его
представителей в хозяйственный оборот.
Термины: 1. Вымирающий вид. 2. Эндемический вид. 3.Эксплуатируемый вид. 4.Исчезающий вид.
Задание № 4.
По заданной специализации отобрать из перечисленных нужные признаки, составив портрет «едока» и назвав его. Зверь, питающийся рыбой:
1. Небольшое округлое тело.
2. Длинный мохнатый хвост.
3. Хвост короткий.
4. Хвоста нет.
5. Массивное обтекаемое тело.
6. Длинная шея
7. Короткая шея.
8. Шеи нет совсем.
9. Густой блестящий мех.
10. Длинные косматые волосы.
11. Волос на теле нет.
12. Широкая беззубая пасть
13. Рост не большой.
14. Мощные клыки.
15. Длинные хватательные конечности.
16.Конечности - ласты.
17. Задних конечностей нет.
18. Двулопастный хвост.
19. Острые кривые когти.
20. Когти небольшие тупые.
21. Когтей нет.
22. Кожа жесткая, грубая.
23. Кожа рыхлая, мягкая.
24. Под кожей слой жира.
25. Небольшая голова.
26. Очень крупная голова.
27. Между пальцами плавательные перепонки.
28. Крупные уши
(2 варианта ответов).
Задание № 5.
Назовите основные искусственные источники загрязнения атмосферы.
Задание № 6.
Назовите особо охраняемые территории Прибайкалья, когда они основаны и их площадь?
Задание № 7.
Какой вред приносит Байкалу неограниченный туризм?
Задание № 8.
Какой вид бизнеса не загрязняет озеро Байкал?
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ
Муниципальный этап
(уч. год)
9 КЛАСС
ОТВЕТЫ
Максимальный балл - 41 или 43 балла, в зависимости от 2-го варианта задания № 4.
Задание № 1 (7 баллов)
1в; 2в; За; 4а; 5г; б в; 7в. Каждое задание 1 балл.
Задание № 2 (8 баллов)
16, 2в, Зг, 4в, 56, 6а, б,.г, 7г, 8г. Каждое задание 1 балл.
Задание № 3 (5 баллов)
1)а; 2); 2 - а(4; 2- б)1; 2- в)2; 2- г)3.
Каждое задание - 1 балл.
Задание № 4 1 вариант – 7 баллов
2 вариант - 9 баллов
Зверь, питающийся рыбой - 3,7,9,13,14,20,2 (норка) .
2-й вариант -1,4,7,11,13,14,16,22,24 (нерпа) .
Задание № 5 (5 баллов)
Основными источниками искусственного (антропогенного) загрязнения
являются: промышленные предприятия (1 б) транспорт (1б) теплоэнергетика
Задание № 6 (5 баллов)
К особо охраняемым территориям Прибайкалья относят:
1. Прибайкальский национальный парк (ПНП), основан в 1986 г., площадь 418 тыс. га.
2. Забайкальский национальный парк, основан в 1987 г., площадь 307 тыс. га.
3. Баргузинский заповедник, основан в 1916 г., площадь 248 тыс. га.
4. Байкало-Ленский заповедник, основан в 1987 г., площадь 659 тыс. га.
5. Байкальский заповедник, основан в 1969 г., площадь 165 тыс. га
Задание № 7 (2 балла)
1. Воздействие на растительный покров и почву (вытаптывание растительного покрова, использование территории для размещения палаток, мест отдыха);
2. Загрязнение территории и воды озера:
· органическое вещество (пищевые отходы, фекалии);
· металлическая тара для консервных продуктов (железо, олово);
· стеклянная тара;
16. Современные достижения науки позволяют создать абсолютно безотходные технологии
17. Пространственное распределение организмов свидетельствует об экологических взаимодействиях между особями.
Задание №5
а) две популяции имеют совершенно одинаковое количество особей, но одна занимает гектар, а другая расположилась на площади в 5 гектаров. Как называется численность организмов на единицу площади или объема?
б) две популяции занимают одну и ту же территорию и входят в состав одного сообщества. Как называется в экологии такое явление?
Задание №6
По данной специализации отобрать из перечисленных нужные признаки, составив портрет «едока» и назвав его (два варианта ответов).
Зверь, питающийся рыбой:
1. Небольшое округлое тело; 2. Длинный мохнатый хвост; 3. Хвост короткий; 4. Хвоста нет
5. Массивное обтекаемое тело; 6. Длинная шея; 7. Короткая шея; 8. Шеи нет совсем; 9. Густой блестящий мех; 10. Длинные мохнатые волосы; 11. Волос на теле нет; 12. Широкая беззубая пасть; 13. Рот небольшой; 14. Мощные клыки; 15. Длинные хватательные конечности; 16. Конечности – ласты; 17. Задних конечностей нет; 18. Двулопастный хвост; 19. Острые кривые когти; 20. Когти небольшие тупые; 21. Когтей нет; 22. Кожа жесткая, грубая; 23. Кожа рыхлая, мягкая; 24. Под кожей слой жира; 25. Небольшая голова; 26. Очень крупная голова; 27. Между пальцами плавательные перепонки; 28. Крупные уши.
Задание №7
Особо охраняемые животные, класс птиц, млекопитающих Прибайкалья?
Задание №8
Какое количество отходов оставят отдыхающие в одной байкальской бухте за летний сезон при условии, если:
- количество туристов в бухте равно 100 человек; время пребывания туристов составит 60 дней; в среднем, в сутки на одного человека приходится:
в) пластиковая тара – 5 г.
д) зубная паста – 0,5 г.
ж) фекалии – 400 г.
Задание №9
Важнейшие законодательные документы, касающиеся охраны озера Байкал?
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ
(уч. год)
О Т В Е Т Ы
10 КЛАСС
Всего: 74 балла (1 вариант) 76 балл (2 вариант, задание №6)
ЗАДАНИЕ № 1 (12 БАЛЛОВ)
1а, 2а, 3б, 4г, 5г, 6а, 7б, 8в, 9а, 10б, 11а, 12б
ЗАДАНИЕ № 2 (7 БАЛЛОВ)
1в, 2в, 3а, 4а, 5г, 6в, 7в.
ЗАДАНИЕ № 3 (5 БАЛЛОВ)
1-2а), 2-2б), 2-2в), 2-3г)
ЗАДАНИЕ № 4 (8 БАЛЛОВ)
1, 2, 4, 6, 9, 13, 17
ЗАДАНИЕ № 5 (5 БАЛЛОВ)
а) Плотность популяции - 2б
б) Симпатрия - зб
ЗАДАНИЕ № 6 (1 вариант - 7 баллов, 2 вариант - 9 баллов, каждый признак - 1 балл).
1 ВАРИАНТ - 3. 7, 9, 13, 14, 20, 27 - Н О Р К А.
2 ВАРИАНТ - 1, 4, 7, 11, 13, 14, 16, 22, 24 - Н Е Р П А.
ЗАДАНИЕ № 7 (20 БАЛЛОВ)
К таким видам относятся: Снежный баран, Хорь светлый, Черношапочный сурок, Речная выдра, все рукокрылые (летучие мыши).
Из птиц: большой баклан, черный аист, гусь сухонос, скопа, степной орел, орел-беркут, орлан-долгохвост, орлан-белохвост, сокол-сапсан, черный журавль, журавль-красавка, дрофа, клушница, овсянка Годлевского.
ЗАДАНИЕ № 8 (7 БАЛЛОВ)
К= (N×M×В):1000, где
К – количество отходов за время пребывания, г/чел. сут;
N – количество отдыхающих;
M – время пребывания, дни;
ЗАДАНИЕ № 9 (3 БАЛЛА)
Федеральный Закон об охране озере айкал, принят в 1999 г. Нормы допустимых воздействий на экологическую систему озера Байкал. Были приняты в 1987 г., в настоящее время этот документ перерабатывается в соответствии с современными требованиями.
Постановление Правительства Российской Федерации, г. Москва «Об утверждении перечня видов деятельности , запрещенных в центральной экологической Зоне Байкальской природной территории». В этом постановлении на побережье айкала запрещается развивать металлургическую, химическую, целлюлозно-бумажную, микробиологическую, топливно-энергетическую промышленность .
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ (Муниципальный этап)
(уч. год)
11 КЛАСС
ЗАДАНИЕ № 1. Выберите правильный ответ и обведите кружочком.
1. Укажите название внешнего слоя земного шара
а) геосфера;
б)тропосфера;
в)литосфера;
г) ионосфера;
д) ноосфера
2. Укажите название линий, соединяющих на климатических картах точки с одинаковым атмосферным давлением
а) изоанты;
б) изобары;
в) изобаты;
г) изогиеты;
д) изотермы
3. Укажите название науки, в которой изучается живое вещество на клеточном уровне
б) генетики;
в) геронтология;
4. Укажите название объектов, которые вместе с растениями принимают участие в создании первичной продукции экосистемы
б) микроорганизмы;
в) насекомые;
д) животные
5. Укажите название органоидов клеток зеленых листьев, в которых происходит фотосинтез
а) митохондрии;
б) рибосомы;
в) полисомы;
г) хромосомы;
д) хлоропласты
6. Укажите название организмов, которые не являются гетеротрофами
а) дробянки;
в) животные;
г) человек.
7. Укажите вид энергии, который используют растения в процессе фотосинтеза
а) тепловая;
б) химических связей;
в) биологическая;
г) активная;
д) солнечная.
8. Укажите название процесса удвоения молекул ДНК
а) репликация;
б) транскрипция;
в) трансляция;
г) транслитерация;
д) дублирование.
9. Укажите название газа, который разрушает озон
в) пропан;
д) углекислый газ.
10. Определите, какой из перечисленных газов накапливается в нижних этажах здания
а) диоксид углерода;
б) оксид углерода;
11. Какие из признаков человека наследуются
б) мышление;
12. Какой абиотический фактор оказался в процессе эволюции главным регулятором и сигналом сезонных явлений в жизни растений и животных
а) температура;
б) продолжительность дня и ночи;
в) количество пищи;
г) количество осадков.
13. Известно. Что условия обитания определяют и видовой состав растений, и их фенотип, физические особенности. Почему альпийские растения низкорослые?
а) колебания температуры воздуха проявляются над землей в меньшей степени
б) недостаточно питательных веществ
в) недостаток воды
г) короткий период теплового времени.
ЗАДАНИЕ № 2 Выбери один правильный ответ из четырех предложенных:
1. Ионы какого элемента, применяемого для производства труб, красок, автомобильного топлива, отличаются высокой токсичностью, вызывают анемию , почечную недостаточность, заболевания легких, заменяют ионы кальция в костях:
б) свинец;
г) кобальт
2. Явление индустриального меланизма характерно для:
а) уссурийских тигров;
б) домовых воробьев в районе Кузбасса;
в) некоторых видов термитов в промышленных городах;
г) бабочек пядениц в окрестностях Манчестера.
3. Вымывание из почв подсоленными водами органических веществ и минеральных элементов называется
а) гумификацией;
б) заболачиванием;
в) минерализацией;
г) выщелачиванием.
4. Как называется раздел экологической медицины, занимающейся ранней диагностикой заболеваний, вызванных промышленным загрязнением
5. Какой элемент, используемый при приготовлении пестицидов, моющих средств и лекарственных препаратов при попадании в кровь вызывает почечную недостаточность, рак легких и кожи, приводит к умственным расстройствам
а) мышьяк;
б) марганец;
в) железо;
6. Озоновый слой атмосферы, разрушается под действием
а) жесткой солнечной радиации;
б) хлорфторорганических соединений;
в) углекислого газа.
7. При каком содержании в атмосфере углекислого газа отмечаются покраснения на лице, головная боль, шум в ушах, повышение кровяного давления, возбужденное состояние
а) 0. 1 %, б) 1 %, в) 4 %, г) 8 %.
ЗАДАНИЕ № 3
«Вставь пропущенное слово». Впишите нужное слово (термин, фамилию, название города и др.), исходя из содержания вопроса
1. Химические соединения, понижающие поверхностное натяжение воды и используемые в качестве моющих средств и амульгаторов называются...
2. Метод, широко используемый в промышленном производстве для выращивания в искусственных условиях цветов, овощей, зеленой массы, лекарственных растений называется...
3. Результат необратимых изменений, полностью разрушающих структуру ландшафта и его способность выполнять ресурсо-и средовоспроизводящие функции называется...
4. Способность растений сохранять свою жизнеспособность при относительно больших концентрациях токсичных газов в окружающей среде называется...
5. Исчезновение леса с определенной территории в результате естественных причин или антропогенных факторов называется...
ЗАДАНИЕ № 4.
Какие Вам известны способы азотфиксации?
ЗАДАНИЕ № 5. Выберите один правильный ответ из четырех предложенных.
1. Перенос животными других животных называется:
а) форезией;
б) зоохорией;
в) симбиозом;
г) зооценозом
2. К числу видов. Встречающихся в экосистемах тундры нельзя отнести
а)карликовую березу (ерник);
б) голубику;
в) морошку;
г) волчье лыко.
3. К числу видов встречающихся в экосистемах тундры, относятся
а) можжевельник обыкновенный;
б) вероника;
в) багульник;
4. Урожай лимитируется количеством тепла
а) в зоне сухих субтропиков;
б) в зоне тундры;
в) в лесной зоне;
г) в прибрежной зоне
5. Почвенные мхи елового леса относятся к экологической группе
а) гелиофитов;
б) хамефитов;
в) сциофитов;
г) терофитов.
6. Какой тип почв характерен для экосистем таежных лесов
а) торфяник;
б) серые почвы;
в) подзолистые почвы;
г) каштановые почвы
7. Укажите термин, который выпадает из предложенного ряда
а) консумент;
б) доминант;
в) редуцент;
г) продуцент.
8. Какой ученый обосновал закон толерантности
а) Г. Зюсс;
б) А. Тэнсли;
в) В. Шелфорд;
ЗАДАНИЕ № 6. Из предложенных признаков «соберите» животного - «специалиста», отбросив неподходящие позиции и назвав его (2 ВАРИАНТА) Хищная птица питается рыбой
1. Ноги длинные
2. Когти небольшие, прямые
3. Длинный клюв загнут на конце
4. Клюв прямой, острый
5. Подклювье с кожистым мешком
6. Оперенье плотное
7. Оперенье рыхлое
8. Хвост длинный
9. Пальцы соеденены перепонкой
10. Пальцы свободные
11. Хвост короткий
12. Птица небольшая
13. Очень крупная птица
14. Крылья короткие, округлые
15. Крылья широкие, длинные.
ЗАДАНИЕ № 7.
Назовите особо охраняемые растения, обитающие на берегах Байкала и его предгорьях?
ЗАДАНИЕ № 8.
Какое количество отходов оставят отдыхающие на Байкале за год, если каждый год на Байкал в среднем приезжает около 60 тысяч отдыхающих, в среднем, на 5 дней, если в сутки в среднем на человека приходится:
а) металлическая тара – 1 банка весом около 50 г.
б) стеклянная тара – 100 г. (вес 1 стеклянной бутылки емкостью 0,5 л. равен 400 г.)
в) пластиковая тара – 5 г.
г) синтетические моющие средства (СМС) – 0,5 г.
д) зубная паста – 0,5 г.
е) пищевые отходы (остатки продуктов, очистки и т. п.) – 50 г.
ж) фекалии – 400 г.
ЗАДАНИЕ № 9.
Что на Ваш взгляд, нужно сделать для защиты Байкала и его сохранения для будущих поколений?
ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ
(уч. год)
11 КЛАСС
Всего: 74 балла (1 вариант) 81 балл (2 вариант, задание №6)
О Т В Е Т Ы
Задание № 1 1в, 2б. 3а, 4б, 5д, 6а, 7д, 8а, 9г, 10в, 11в, 12б, 13а. (13 баллов)
Задание № 2 1б, 2г, 3г, 4в, 5а, 6б, 7в. (7 баллов)
Задание № 3 1 – детергент 2 – гидропоника 3 – деградация 4 – газоустойчивость 5 - обезлесивание (5 баллов)
Задание № 4 биологическая фиксация - 1 б; клубеньковые бактерии - 1 б;цианобактерии сине-зеленых водорослей - 1 б; вулканизм, ионизация - 1 б; фиксация в атмосфере при электрических разрядах - 1 б; промышленная фиксация - 1 б (6 баллов)
Задание № 5 1а, 2г, 3б, 4б, 5в, 6в, 7б, 8в. (8 баллов)
Задание № 6 (7 баллов + 7 баллов)
(первый вариант) - 1, 4, 6, 8, 9, 12, 14 (ц а п л я)
Хищная птица питается р ы б о й
(второй вариант) - 3, 5, 7, 9, 11, 13, 15. (п е л и к а н)
Задание № баллов)
Особо охраняемыми растениями являются эндемичные виды: Тридактилина Кириллова, Бородиния тилинга, Астрагал ольхонский, Копеечник зундукский, Касатик (Ирис) тигровый, Венерин башмачок, Ятрышник шлемоносный, Надбородник безлистный, Луговик Турчанинова, Овсяница баргузинская, Ветреница байкальская, Орехокрыльник монгольский, Фиалка надрезанная, Шлемник байкальский.
Задание № 8 (7 баллов)
Расчеты производятся по формуле:
К= (N×M×В):1000, где
К – количество отходов за год, кг;
N – количество отдыхающих;
M – время пребывания, дни;
В – количество отходов на одного человека в сутки, кг/чел. сут.
Задание № 9 (7 баллов)
Ответы могут быть различными:
- соблюдать выполнение Законе о охране Бйкала; развивать экологически-ориентированные виды бизнеса на Байкале (экологический туризм, пищевая промышленность , бутылирование байкальской воды и др. , а так же систему управления отходами) решить вопрос о перепрофилировании БЦБК усилить государственные службы по охране озера Байкал, усилить борьбу с браконьерским выловом омуля и отстрелом нерпы усилить финансирование национальных парков и заповедников на Байкале создать общественную службу по охране озера Байкал развивать систему непрерывного экологического образования населения.
Известный русский лесовед Г. Ф. Морозов (1912), опираясь на учение В. В. Докучаева и работы К. Мебиуса, сформулировал правило.
В природе не существует полезных и вредных птиц, полезных и вредных насекомых, там все служит друг другу и взаимоприспособлено.
Современная формулировка правила Мебиуса-Морозова - правила взаимоприспособленности организмов в биоценозе - гласит:
"Виды в биоценозе приспособлены друг к другу настолько, - что их сообщество составляет внутреннее противоречивое, но единое и взаимно увязанное системное целое".
Ю. Одум установил правило «метаболизм и размеры особей», которое в идеальных условиях имеет всеобщее значение. В реальных условиях обитания в водных биоценозах оно не реализуется в связи с тем, что мелкие водные организмы в значительной мере поддерживают свой обмен веществ за счет внешней энергии, непосредственно окружающей их среды.
При неизменном энергетическом потоке в пищевой сети или цепи более мелкие наземные организмы с высоким удельным метаболизмом создают относительно меньшую биомассу, чем крупные. Значительная часть энергии уходит на поддержание обмена веществ.
Правило Ю. Одума особенно важно в связи с тем, что из-за антропогенного нарушения природной среды происходит измельчение «средней» особи живого на суше - крупные звери и птицы истреблены и, вообще, все крупные представители растительного и животного мира становятся все более и более раритетными. Поэтому неминуемо следует ожидать общего снижения относительной продуктивности организмов суши и термодинамический разлад в сообществах и биоценозах.
Если же измельчание особей ведет к производству относительно меньшего количества биомассы, то ее удельный выход с единицы площади (из-за более полного заселения пространства) увеличивается. Данный эмпирический факт Н. Ф. Реймерс назвал законом удельной продуктивности:
"Никогда слоны не дадут той биомассы и продукции с единицы площади, которую способна дать саранча и тем более совсем мелкие беспозвоночные".
Исчезновение видов, представленных крупными особями, меняет вещественно-энергетическую структуру биоценозов. Так как энергетический поток, проходящий через биоценоз, в целом, практически не меняется (иначе бы произошла смена типа биоценоза), включаются механизмы биоценотического или экологического дублирования: организмы одной трофической группы или уровня экологической пирамиды закономерно замещают друг друга. Правило (принцип) экологического дублирования Н. Ф. Реймерс сформулировал следующим образом: "Исчезающий или уничтожаемый вид живого в рамках одного уровня экологической пирамиды заменяет другой функционально - биоценотически аналогичный. Замена происходит по схеме: мелкий сменяет крупного, эволюционно нижеорганизованный - более высокоорганизованного, более генетически лабильный и мутабельный". (Лабильность - функциональная подвижность, неустойчивость, изменчивость (от лат. labilis - скользящий, неустойчивый - высокая приспосабливаемость организма к условиям среды). (Мутабельность - склонность к мутации, спонтанным изменениям генетического материала, приводящим к трансформации тех или иных признаков организма) - менее генетически изменчивого.
Поскольку экологическая ниша в биоценозе не может пустовать, экологическое дублирование происходит обязательно. Действительно, копытных в степи сменяют грызуны, а в ряде случаев растительноядные насекомые. При отсутствии хищников на водоразделах южного Сахалина в зарослях бамбука их роль выполняет серая крыса.
Несколько позже правила смены видов в биоценозах Н. Ф. Реймерс сформулировал в более популярной форме:
«свято место пусто не бывает»;
Крупные организмы исчезают раньше, и их сменяют мелкие;
Как правило, более эволюционно высокоорганизованные виды бывают вытеснены менее высокоорганизованными, быстрее размножающимися существами;
Всегда побеждают те, кто легче и быстрее изменяется, в том числе генетически.
Проанализировав описанные теоретические основы закономерностей дублирования в биоценозах, Н. Ф. Реймерс (1973) выдвинул гипотетическую теорию механизма возникновения новых инфекционных заболеваний человека путем неблагоприятных замен видов, опубликованную из-за существовавших ограничений только в 1983 г.
Он предположил, что в одних случаях возникает совершенно новая экологическая ниша, а в других случаях борьба с существующими заболеваниями и уничтожение их возбудителей освобождает такую нишу в человеческих популяциях.
Так, за 13 лет до открытия вируса иммунодефицита человека (ВИЧ) - возбудителя синдрома приобретенного иммунного дефицита (СПИД) - была предсказана вероятность появления « гриппоподобного заболевания с высокой летальностью». Организм человека - это место жизни многих, в том числе болезнетворных организмов. Когда многие болезни были побеждены и уничтожены их возбудители, появилась свободная экологическая ниша. Ее и заполнил вирус СПИДа, соответствующий приведенным свойствам: мелок, примитивен, относительно быстро размножается и очень изменчив.
Установлено, что в биоценозах существует столько видов, сколько необходимо для максимальной утилизации приходящей энергии и обеспечения круговорота веществ в пределах энергетического потока. В связи с этим к правилу Уоллеса добавляется принцип эколого-географического максимума (стабильности числа) видов: число видов в составе географических зон и их биоценозов - относительно постоянно и регулируется вещественно-энергетическими процессами; это число всегда стремится к необходимому и достаточному максимуму.
Дублирование - один из природных механизмов поддержания надежности биоценозов. Это наиболее мобильный способ их адаптации. При этом возможны и генетические изменения в популяциях типа усиления хищнических наклонностей у крысы в приведенном ранее для Сахалина примере. Также возможно межвидовое и внутривидовое дублирование, а в сельском хозяйстве даже межсортовое. Общий «смысл» дублирования остается тем же: максимально полно провести и использовать поток энергии, стабилизировать биоценоз в меняющихся условиях существования.
Это свойство было подмечено А. А. Еленкиным (1921), определившим принцип подвижного равновесия: биотическое сообщество сохраняется как единое целое вопреки регулярным колебаниям среды его существования, но при воздействии необычных факторов структурно изменяется с переносом «точки опоры» на другие растительные компоненты (группы растений).
Если необычные, нерегулярные факторы оказывают многолетнее воздействие, то сообщество формирует иную структуру. Однако, как правило, в биоценозе сохраняются элементы дублирования в виде очень большого числа видов, которые могут быть мобилизованы в случае новых резких изменений среды.
Балансовый подход был уточнен Г. Реммертом (1978), сформулировавшим принцип продукционной оптимизации: отношение между первичной и вторичной продукцией (между продуцентами и консументами) соответствует принципу оптимизации - «рентабельности» биопродукции.
Как правило, растения и другие продуценты дают биомассу достаточную, но не излишнюю для потребления всем биотическим сообществом (с эволюционно определенным запасом, который обеспечивает надежность системы и обычно в 100 раз превышает потребление в биоценозах суши). При относительном «перепроизводстве» органического вещества биоценоз становится «нерентабельным» и возникают предпосылки для массового размножения отдельных видов. После периода автоколебаний соотношение «популяция-потребление» уравновешивается, биоценоз стабилизируется, балансируются отношения между трофическими уровнями.
Именно как результат экологического дублирования, сдвига в подвижном равновесии и снижения «рентабельности» биоценоза возникают явления массового размножения нежелательных для хозяйства организмов. Монокультура в сельском хозяйстве, однопородные и одновозрастные леса «с позиций природы» чрезвычайно малорентабельны, неравновесны и потому «требуют исправления» массовыми организмами.
Для хозяйственной деятельности особенно велико значение правила монокультуры Ю. Одума: эксплуатируемые для нужд человека экосистемы (биоценозы), представленные одним видом, равно, как и системы монокультур (например, сельскохозяйственные монокультуры), неустойчивы по своей природе.
Пагубность монокультур «учтена» природой. Более того, ею выработана стратегия сохранения гомеостаза на основе поддержания разнообразия и взаимозависимости членов биоценоза. Один из путей реализации такой стратегии отражает принцип П. Эрлиха и П. Равенна, или теории сопряженной эволюции, называемой также принципом коэволюции:
Случайное функциональное изменение жертв (потребляемого растения) ведет к закономерному изменению свойств хищников (потребителей), что в свою очередь стимулирует разнообразие как первых, так и вторых.
Все перечисленные закономерности саморегуляции биоценозов обобщены Н. Ф. Реймерсом в виде принципа стабильности: любая относительно замкнутая биосистема с проходящим через нее потоком энергии в ходе саморегуляции развивается в сторону устойчивого состояния.
Им же сформулировано и обобщающее правило биоценотической надежности.
Надежность биоценоза зависит от его энергетической эффективности в данных условиях среды и возможностей структурно-функциональной перестройки в ответ на изменение внешних воздействий (материала для дублирования, межвидового и внутривидового, поддержания продукционной «рентабельности» и т. п.).
Похожая информация.
Сложнее организована саморегуляция в биоценозе, так как он состоит из нескольких взаимодействующих сообществ животных, растений, грибов, микробов, составленных многочисленными популяциями разных видов. Все эти популяции взаимодействуют на основе многочисленных прямых и обратных связей.
Прежде всего, важны трофические (пищевые) связи, которые выстраиваются в несколько уровней. Как мы выяснили ранее, по характеру пищевых отношений все организмы делятся на три большие группы, три трофических уровня: продуценты, консументы и редуценты (раздел 3.4, рис. 3.4). Пути передачи вещества и энергии через пищевые отношения организмов обозначаются как цепи питания, или пищевые цепи. Эти цепи имеют одностороннюю направленность: от автотрофной биомассы продуцентов, в основном зеленых растений, к гетеротрофным консументам и далее к редуцентам.
Цепи питания имеют разную сложность. Число звеньев в каждом из трех уровней может быть различным, а во многих случаях цепь образована лишь двумя уровнями - продуцентами и редуцентами. Двухуровневая цепь составляет основу оборота живой материи в лесу: древесина и листовой опад (вещество продуцентов) потребляются и перерабатываются в основном редуцентами - грибами, бактериями, некоторыми червями и насекомыми. Длинная цепь: растения - травоядные насекомые (саранча, личинки бабочек - гусеницы и др.) - хищные насекомые (многие жужелицы, стрекозы, клопы, личинки ос и др.) - насекомоядные птицы (ласточки, мухоловки и др.) - хищные птицы (орел, коршун и др.) - насекомые сапрофаги и некрофаги, черви, бактерии. Сложные пищевые цепи складываются в морских экосистемах (рис. 6).
Рис. 6.
В любой пищевой цепи возможны ответвления и запасные пути. Если какое-то звено выпадает, поток вещества идет по другим каналам. Например, выпадение личинок стрекоз компенсируется водными клопами - те и другие водные хищники. Если исчезает основной вид пищевой растительности, травоядные животные переходят на второстепенные корма. Особенно большую путаницу в пищевые цепи вносят всеядные животные и, конечно, человек, так как они “встраиваются” в цепи в самых разных звеньях. Так что на самом деле существуют не цепи, а пищевые сети - каждый трофический уровень образован многими видами. Такое положение стабилизирует потоки вещества и энергии через живые сообщества, увеличивает устойчивость биоценозов. Тем не менее общее направление трофического потока неизменное: продуценты - консументы нескольких порядков - редуценты.
Теперь сформулируем главную мысль настоящего раздела: пищевая пирамида экосистемы осуществляет саморегуляцию, т.е. сохраняет внутренний, экосистемный гомеостаз. Оптимальные численность и пропорция разных обитателей биоценоза устанавливаются сами по себе, в результате процессов саморегуляции. Во всех популяциях, на всех трофических уровнях всегда происходит колебание численности особей, причем колебания на низшем уровне неизменно ведут к колебаниям на следующем уровне, но в целом на значительном протяжении времени система поддерживает равновесное состояние.
Рис. 7.
На рис. 7 приведен пример саморегулирующегося биоценоза. В зависимости от колебаний погодно-климатических условий (солнечная активность, количество осадков и др.) год от года варьирует урожай кормовых растений - продуцентов. Вслед за ростом зеленой биомассы увеличивается численность травоядных животных - консументов первого порядка (прямая положительная связь), но уже на следующий год это отрицательно скажется на урожае растений, так как большинство из них не успеет дать семена, поскольку будет съедено (обратная отрицательная связь).
В свою очередь, увеличение числа травоядных создаст условия для хорошего питания и размножения хищников - консументов второго порядка, их численность начнет возрастать (прямая положительная связь). Но следом пойдет на убыль численность травоядных (обратная отрицательная связь). К этому времени в почве за счет активности различных редуцентов начнут разлагаться до минеральных веществ останки корней и травяной опад от первой волны урожая, а также трупы и экскременты животных, что создаст благоприятные условия для роста растений. Начнется вторая волна урожая, и цикл повторится. Год от года численность популяций организмов на разных трофических уровнях будет варьировать, но в среднем на протяжении многих лет биоценоз будет сохранять устойчивое состояние. Это и есть экологический гомеостаз.
БИОЦЕНОЗ , совокупность организмов – популяций растений, животных, грибов, микроорганизмов, населяющих однородный участок суши или водоёма и характеризующихся определёнными взаимоотношениями (пищевые цепи, симбиоз и т. д.) и приспособленностью к условиям окружающей среды. Каждая группа организмов занимает в биоценозе определённую ступень экологической пирамиды (продуценты, консументы и редуценты ). Примерами биоценозов могут служить совокупность организмов пруда, дубравы, соснового или берёзового леса и т. д. Во многих случаях границы биоценозов размыты и условны: напр., дубрава, сосновый или берёзовый лес постепенно через опушку переходят соответственно в суходольный луг, смешанный сосново-еловый лес, болото. Биоценозы, развиваясь, либо самообновляются (в сосновом лесу вырастает новое поколение сосен), либо стареют и сменяются другими биоценозами (сосна сменяется ельником, пруд заболачивается и т. п.), в результате могут происходить некоторые изменения и в абиотической среде (освещённость, влажность, тепло и т. д.). Наиболее сложно устроены и устойчивы биоценозы с высоким биологическим разнообразием организмов. В океане – это биоценозы коралловых рифов и водорослевых мелководий. На суше – биоценозы тропического леса и лесные биоценозы умеренного климата. Так, дубрава может быть образована более чем 100 видами растений, несколькими тысячами видов животных, сотнями видов грибов и микроорганизмов, в совокупности дающими плотность населения в десятки и сотни тысяч организмов на 1 м&襪. При этом сухая биомасса дубравы составляет 4–5 кг/м&襪, а биологическая продуктивность – 1,5 кг/м&襪 в год. Биоценоз – функциональная часть более сложной системы – биогеоценоза .
Биотические связи в биоценозах
Типы биоценотических отношений. Межвидовые связи организмов, которые населяют один и тот же биотоп, закладывают основу для возникновения и существования биоценозов, определяют основные условия жизни видов в сообществе, возможности добывания пищи и т.д.
Согласно классификации В.Н. Беклемищева (1951 г.), прямые и косвенные межвидовые отношения подразделяются на четыре типа: трофические, топические, форические и фабрические.
Трофические связи возникают в том случае, когда один вид питается другим (живым организмом, его остатками либо продуктами жизнедеятельности). Здесь возможна как прямая трофическая связь (пчела собирает нектар растений), так и косвенная. Последняя, например, имеет место в случае конкуренции двух видов из-за объекта питания, тогда деятельность одного так или иначе отражается на количестве и качестве питания другого.
Топические связи отражают любое (физическое или химическое) изменение условий обитания одного вида вследствие жизнедеятельности другого. При этом особенно большая роль в создании или изменении среды для других организмов принадлежит растениям.
Имея наибольшее значение в биоценозе, трофические и топические связи способствуют удержанию друг возле друга организмов разных видов, объединяя их в достаточно стабильные сообщества разных масштабов и состава.
Форические связи проявляются в том, что один вид участвует в распространении другого. В роли переносчиков выступают в основном животные. Транспортирование животными более мелких особей называется форезией, а перенос ими семян, спор, пыльцы растений - зоохорией.
Фабрические связи относятся к такому типу биоценотических отношений, в которые вступает вид, использующий для своих сооружений (фабрикаций) продукты выделения, либо мертвые остатки, либо даже живых особей другого вида. Типичный пример здесь - это птицы, употребляющие для постройки своих гнезд ветки деревьев, шерсть млекопитающих, траву, листья, пух и перья других видов птиц и т.п.
Весьма сложные биотические связи возникают у общественных насекомых. Так, муравьи-амазонки совершают набеги на чужие муравейники, захватывают там личинки и куколки и выводят из них в своем муравейнике взрослых муравьев - будущих «рабов». Последние выполняют всю работу по уходу за яйцами, потом личинками, куколками, а также по уборке и достройке жилища муравьев - «рабовладельцев».
Коадаптация животных и растений. В процессе сопряженной эволюции у различных видов растений и животных выработались взаимные приспособления друг к другу, т.е. коадаптации; они подчас бывают столь прочными, что раздельно жить в современных условиях указанные виды уже не могут. Именно в этом проявляется единство органического мира.
Коадаптации насекомоопыляемых растений и насекомых-опылителей есть примеры исторически возникших глубоких взаимных приспособлений. В частности, следствием совместной эволюции является привязанность различных групп животных к определенным группам растений и местам их произрастания.
Пищевые взаимоотношения способствовали возникновению специализированных групп животных, которые приспособились жить за счет определенных растений. Так, травоядные животные (копытные, многие грызуны) питаются травянистой растительностью. При этом все степные формы животных адаптировались к жизни на открытых пространствах, к питанию в основном грубыми кормами. Для них
характерны острое зрение, они быстро бегают, им свойственно особое строение пищеварительной системы.
Сезонные изменения запасов и качества растительного корма влияют на поведение, а также на образ жизни животных-фитофагов. Одни из них (например, сайгаки) в связи с исчезновением обычного корма вынуждены порой преодолевать огромные расстояния; другие (суслики, хомяки) на зиму впадают в спячку.
Кроме фитофагии в природе существует и зоофагия, т.е. питание растений животными-жертвами. Только растений-зоофагов насчитывается до 500 видов. Все они имеют различные, весьма хитроумные приспособления для ловли насекомых. Так, некоторые грибы ловят своих жертв с помощью микроскопических петель или клейких утолщений.
Весьма велика роль некоторых животных в опылении растений. Так, В.Н. Радкевич сообщает, что в Европе до 80% видов покрытосеменных растений опыляется насекомыми, 19 В ветром и около 1% другими способами. Исключительное значение как опылители имеют пчелы. Так, рабочая пчела за минуту облетает 12 цветков, а за день - около 7200. Следует подчеркнуть, что связи насекомых-опылителей с цветковыми растениями, которые развились в течение длительной эволюции, постепенно привели к такой тесной взаимозависимости, что раздельное их существование невозможно.
Поражает пример своеобразных взаимоотношений, которые сложились между некоторыми растениями и муравьями, обитающими в тропических лесах Индии, Китая и других странах: растения, образуя специальные нектарники у основания листьев, предоставляют муравьям убежище и пищу, а муравьи защищают их от вредителей.
Велика роль травоядных животных в степных, луговых и тундровых биоценозах. При этом изменения животного населения в любом из ландшафтов приводит к определенным изменениями в растительности. Полное же исключение животных приводит к гибели сообщества.
Истребление копытных животных в степях приводило к перерождению там растительности. Удивительно, но многие злаки, основные степные растения, способны успешно развиваться и расти лишь при Условии, если их объедают, «подстригают» копытные. В противном случае они начинают вырождаться, и в растительном сообществе происходит глубокая перестройка. Именно благодаря такому «мирному сосуществованию» и взаимного влияния сформировался характерный степной биоценоз.
Следовательно, травоядные животные отнюдь не являются разрушителями естественных фитоценозов, а напротив - их создателями. При этом в результате эволюции выработались и функционируют механизмы, которые поддерживают наиболее выгодные количественные соотношения численности травоядных животных и растений.
Саморегуляция в биогеоценозе
Способность к восстановлению и поддержанию внутреннего равновесия биологического круговорота веществ в биогеоценозе после какого-либо природного или антропогенного влиянии (ураган, пожар, наводнение, вырубка леса, земляные работы, вытаптывание).