Рабочая тетрадь для лабораторно-практических занятий по дисциплине
жүктеу/скачать 10 Mb.
|
| ТЕМА 4. ДИНАМИКА СООБЩЕСТВ
Хотя сообщества, находясь в стационарном состоянии, отличаются статистическим постоянством своих элементов, они могут развиваться, переходя от более простых к более сложным формам. Развитие биоценозов, при котором имеет место замещение во времени одного сообщества другим, называют экологической сукцессией. Последовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга в ходе сукцессии сообществ называют сукцессионной серией. Значительный вклад в изучение сукцессий внесли американский ученый Ф. Клементс (1904, 1916) и отечественный ученый В. Н. Сукачев (1939). Сукцессионные смены могут идти: 1) с участием как автотрофного, так и гетеротроф-ного населения и 2) с участием лишь гетеротрофов. Сукцессии второго типа совершаются только в таких условиях, где создается предварительный запас или постоянное поступление органических соединений (в сильно загрязненных органикой водоемах, в скоплениях разла-гающихся остатков, в кучах навоза и т. д.). Задание 1. Изучите схему на рис. 61, дайте определение понятию «первичная сукцес-сия» и характеристику основных стадий первичной сукцессии по Ф. Клементсу. В каких местах Земли могут в настоящее время происходить первичные сукцессии? 
Рис. 61. Обобщенная схема первичной сукцессии Первичная сукцессия_____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Стадии первичной сукцессии по Ф. Клементсу______________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Узловое сообщество______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 3 (для самостоятельной работы). Что собой представляют вторичные сукцес-сии и демутационные смены? Как уменьшается степень разомкнутости биогеохимического круговорота с момента начала восстановления растительного покрова? В чем сущность закона сукцессионного замедления? Вторичные сукцессии ____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Демутационные смены___________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Закон сукцессионного замедления__________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 
Рис. 63. Пример вторичной сукцессии – восстановление леса на заброшенном поле Вначале на залежи поселяются травы, среди которых преобладает росичка, хорошо при-способленная к колонизации голой почвы. Однако она легко вытесняется затеняющими ее более высокими видами злаков и разнотравья, требующими не менее года или больше для своего развития. Затем в травяной покров внедряются молодые сосны. Они затеняют низко-рослые, светолюбивые травы, и поле сменяется сосняком. Но под его пологом всходы сосны уже не могут развиваться: вместо этого формируется подрост широколиственных пород, вы-держивающий прохладные затененные условия. Когда сосны отомрут, они сменятся листо-падным лесом с дубами, кленами, буками и другими деревьями, всходы которых нормально развиваются под родительским пологом, обеспечивая смену поколений и устойчивость популяций Задание 4 (для самостоятельной работы). Специфической формой смены сообществ являются гетеротрофные (деградационные) сукцессии. Они происходят, например, в разру-шающейся древесине, в кучах помета животных, в скоплениях разлагающихся растительных остатков, в сильно загрязненных органикой водоемах. Познакомьтесь с работой Б. М. Ма-маева «Биология насекомых – разрушителей древесины» // Итоги науки и техники. Энто-мология – М., 1977. Дайте краткое описание стадий гетеротрофной сукцессии для коры и древесины. Что общего в протекании сукцессии группировок обитателей коры и древесины на заключительных этапах их разрушения? О чем это свидетельствует? Стадии сукцессии при разрушении коры деревьев Сколитидная__________________________________________________________________ Церамбицидная________________________________________________________________ Пирохроидная_________________________________________________________________ Формицидная _________________________________________________________________ Лумбрицидная ________________________________________________________________ Стадии сукцессии при разрушении древесины деревьев Лимексилонидная ______________________________________________________________ Церамбицидная________________________________________________________________ Луканидная ___________________________________________________________________ Формицидная _________________________________________________________________ Лумбрицидная_________________________________________________________________ Закономерности протекания заключительных этапов разрушения коры и древесины ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Сукцессии экосистем, как и эволюция живого на всех уровнях, направлены на обес-печение дальнейшего существования, на гомеостаз. Очевидно, что подвижность равновесия при меняющихся условиях среды легче всего достигается в том случае, если экосистема состоит из максимально возможного числа компонентов (внутреннее разнообразие). Тогда экологические потенции разных видов могут так дополнять друг друга, что разные помехи, как внешние (особенно непредсказуемые изменения абиотических факторов, к которым невозможно приспособиться), так и внутренние (чрезмерные репродуктивные потенциалы некоторых организмов), будут сглаживаться. В экстремальных местообитаниях (при нехватке тепла, влаги, пищи) это не вполне осуществимо, так как жить здесь могут лишь немногие специализированные организмы. Эти немногочисленные доминантные виды могли бы ввиду отсутствия межвидовой конкуренции создать большие популяции, но им угрожают не-предсказуемые факторы, не зависящие от плотности (в таких условиях находятся плотные популяции рыб в холодных морях, рои гнуса в тундре). Напротив, в оптимальных и раз-нообразных условиях (тропический дождевой лес, мелководные теплые морские заливы) имеется множество ниш. Обитатели этих ниш, тесно связанные между собой конкуренцией и симбиозом, могут, правда, создавать лишь небольшие популяции, однако тонкая диффе-ренциация их жизненных форм различным образом содействует стабилизирующей регу-ляции всей системы, и в результате помехи всегда сглаживаются. РАЗДЕЛ 6. БИОСФЕРА – САМАЯ КРУПНАЯ ЭКОСИСТЕМА ЗЕМЛИ ТЕМА 1. СТРУКТУРА БИОСФЕРЫ. ФУНКЦИИ ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА Биосфера – область существования и функционирования ныне живущих организмов, охватывающая нижнюю часть атмосферы (аэробиосфера), всю гидросферу (гидробиосфе-ра), поверхность суши (террабиосфера) и верхние слои литосферы (литобиосфера). Это активная оболочка Земли, в которой совместная деятельность живых организмов прояв-ляется как геохимический фактор планетарного масштаба и служит основным средообра-зующим фактором. Биосфера – сложная динамическая система, осуществляющая улавли-вание, накопление и перенос энергии путем обмена веществ между живыми организмами и окружающей их абиотической средой. При этом поддерживается динамическое равновесие – гомеостаз между всеми составляющими. Функционально биосфера состоит из ряда структур – слоев биосферы или сфер (рис. 64). Наиболее насыщенная жизнью сфера – эубиосфера – имеет толщину 12–17 км (от 2–3 до, максимум, 5–6 км в глубь литосферы, до 11 км в гидросфере, и до 6–7 км над поверхностью Земли в атмосфере). Помимо морфологических структур биосфера делится на подсистемы экосистем более низкого иерархического уровня (биоциклы, биохоры, индивидуальные ландшафты и т. д.), а в функциональном отношении характеризуется большим кругом биотического обмена веществ. Термин «биосфера» введен австрийским геологом Э. Зюссом в 1875 году, хотя еще раньше, в 1802 году Ж. Б. Ламарк, не употребляя этого термина, говорил о планетарной роли жизни в формировании земной коры в прошлом и настоящем. Развернутое учение о био-сфере как активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов, в том числе человека, проявляется как глобальный геохимический фактор, создал академик В. И. Вернадский (1926). Задание 1. В. И. Вернадский выделял в составе биосферы живое, косное, биокосное и биогенное вещество. Раскройте сущность этих понятий и приведите примеры. В чем фунда-ментальное отличие живого вещества от косного? Живое вещество_________________________________________________________________ Косное вещество ________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Биокосное вещество _____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Биогенное вещество______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Фундаментальное отличие живого вещества от косного ____________________________ ________________________________________________________________________________ Задание 2 (для самостоятельной работы). Масса живого вещества составляет около 2400 млрд. т., что соответствует всего лишь 1/2100 массы атмосферы Земли. Почему именно биосфера превращает Землю в уникальное по своим свойствам небесное тело? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 
Рис. 64. Строение биосферы (по Н.Ф. Реймерсу, 1991) Задание 3. Раскройте основные функции живого вещества. Приведите примеры орга-низмов, для которых в наибольшей степени характерны те или другие функции. Энергетическая функция _________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Средообразующая________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Концентрационная ______________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Деструктивная__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Почвообразующая_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Формирование осадочных пород___________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Транспортная функция___________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ТЕМА 2. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ Главное свойство жизни биосферного масштаба – высокая химическая активность живых организмов, их подвижность и способность к самовоспроизведению и эволюции. В поддержании жизни как планетарного явления важнейшее значение имеет разнообразие ее форм – биологическое разнообразие. Совместная деятельность различных живых организ-мов, относящихся к разным трофическим уровням, обеспечивает закономерный круговорот отдельных элементов и химических соединений в биоциклах биосферы. Задание 1. Рассмотрите рис. 65 и дайте описание главных процессов, в сумме состав-ляющих круговорот углерода. 
Рис. 65. Круговорот углерода (по С. Г. Мамонтову и др., 2006) ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 2. Изучите схему на рис. 66 и дайте характеристику важнейших процессов, обеспечивающих круговорот азота, – азотфиксации, нитрификации, денитрификации. Какие организмы участвуют в этих процессах? 
Рис. 66. Фрагмент круговорота азота (по С. Г. Мамонтову и др., 2006) Азотфиксация__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________Нитрификация__________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Денитрификация________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 3. Объясните, в чем главная причина увеличения содержания нитратов в сельскохозяйственной продукции? ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 4. Изучите схему на рис. 67, 68 и дайте краткую характеристику основных процессов в круговороте серы и фосфора 
Рис. 67. Круговорот серы Круговорот серы_________________________________________________________________  ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Рис. 68. Круговорот фосфора Круговорот фосфора_____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ТЕМА 3. БИОСФЕРНЫЕ ЗАКОНЫ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ. УЧЕНИЕ В. И. ВЕРНАДСКОГО О НООСФЕРЕ Биосферу, как и любую другую систему, формируют не только и не столько внешние факторы, как внутренние закономерности. И они затем взаимодействуют с внешней средой. Наряду с экосистемными законами, сформулированы законы, описывающие свойства био-сферы как образования планетарного масштаба. Задание 1 (для самостоятельной работы). Сформулируйте основные законы и правила, присущие биосферному уровню организации жизни. Закон биогенной миграции атомов В. И. Вернадского ________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Закон константности живого вещества В. И. Вернадского___________________________ ________________________________________________________________________________ Правило незамкнутости биологических круговоротов________________________________ ________________________________________________________________________________ Первый закон экодинамики Голдсмита – закон сохранения структуры биосферы _______ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Второй закон экодинамики Голдсмита – закон стремления к климаксу________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Третий закон экодинамики Голдсмита – принцип экологического мутуализма__________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Закон упорядоченности заполнения пространства и пространственно-временной опре-деленности Н. Ф. Реймерса _______________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Принцип системной дополнительности___________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Правило автоматического поддержания глобальной среды обитания__________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Эволюцию биогеоценозов, или экосистем, называют также экогенезом, понимаемым как совокупность процессов и закономерностей синэволюции – необратимого и в опреде-ленной мере направленного развития и смены биогеоценозов, слагаемых ими типов биогео-ценотического покрова регионов Земли и биосферы в целом. Их сущность проявляется в способности сообществ организмов преобразовывать среду своего обитания и на опреде-ленных этапах этих преобразований изменять свой состав, структуру и продуктивность в направлении большего их соответствия изменившимся условиям среды. Э. И. Колчинский выделяет следующие тенденции в эволюции биосферы: 1) постепенное увеличение общей ее биомассы и продуктивности; 2) прогрессивное накопление аккумулированной солнечной энергии в поверхностных оболочках Земли; 3) увеличение информационной емкости биосферы, проявляющейся в возрастании раз-нообразия органических форм; 4) увеличение числа геохимических барьеров и возрастание дифференцированности физико-географической структуры биосферы; 5) усиление некоторых биогеохимических функций живого вещества и появление новых функций; 6) усиление преобразующего воздействия жизни на атмосферу, гидросферу и литосфе-ру, увеличение роли живого вещества и продуктов его жизнедеятельности в геологических, геохимических и физико-географических процессах; 7) расширение сферы действия биологического круговорота и усложнение его струк-туры. Очевидно, к этому перечню необходимо добавить: 8) трансформирующее воздействие человеческой деятельности; 9) вероятная нисходящая ветвь эволюции биосферы – все эволюционирующие системы не бессмертны и имеют начало и конец своего существования. Если в эволюции живого ве-щества имеется непрерывный поток генетической информации, и в геноме человека есть гены от всего ряда предков, то в составе биосферы имеются различные виды разного гео-логического возраста – экогеоэлементы, или биоэлементы, экосистем. Происходит эволю-ционная замена этих биоэлементов, в региональных рамках иногда полная замена, с исчезновением предшественников. Задание 2 (для самостоятельной работы). Дайте определения некоторых принципов и законов эволюции биосферы. Принцип Реди___________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Принцип актуализма ____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Экоисторический принцип________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ Закон увеличения доли биологического компонента в замыкании биогеохимического круговорота веществ_____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Закон Долло – закон необратимости эволюции______________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Принцип прерывности и непрерывности развития биосферы_________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Правило константности числа видов в ходе стационарной эволюции биосферы ________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Правило усиления интеграции биологических систем (И. И. Шмальгаузен)_____________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Закон ноосферы В. И. Вернадского _________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 3 (для самостоятельной работы) Объясните термин «ноогенез». В чем, на Ваш взгляд, состоят биосферные функции человечества. Ноогенез________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Биосферные функции человечества________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Задание 4 (для самостоятельной работы). Раскройте сущность понятий «техносфера» и «экологический кризис». Техносфера _____________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ Экологический кризис ____________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ жүктеу/скачать 10 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
