170206 (Основы экологии)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования республики Беларусь

Белорусский государственный технологический университет

Контрольная работа

по основам экологии

2011

Содержание

1. Понятие биологической системы. Классификация систем и их свойства. Принцип эмерджентности. Положительные и отрицательные связи в системе, их значение для поддержания гомеостаза

2. Эдафические факторы. Особенности температурного, водного и воздушного режимов почвы. Засоленные почвы, адаптация организмов к обитанию в условиях повышенной солености почв

3. Популяционная структура вида. Границы популяций. Специфические свойства популяционного уровня. Статические показатели популяции: численность и плотность

4. Эволюция добиологических систем (молекулярная эволюция). Гипотеза Опарина-Холдейна. Этапы эволюции биосферы. Биотический круговорот как основа развития биосферы

5. Земельные ресурсы, их роль а биосфере. Проблема опустынивания и истощения почв. Загрязнение почв. Пути сохранения почв и повышения их плодородия

Литература

1. Понятие биологической системы. Классификация систем и их свойства. Принцип эмерджентности. Положительные и отрицательные связи в системе, их значение для поддержания гомеостаза

Биологическая система — совокупность функционально связанных элементов или процессов, объединенных в целое для достижения биологически значимого результата.

Биологическая система - целостная система компонентов, выполняющих определенную функцию в живых системах. К биологическим системам относятся сложные системы разного уровня организации: биологические макромолекулы, субклеточные органеллы, клетки, органы, организмы, популяции.

Наиболее полно содержание биологической системы раскрывается в принципах функциональной системы (П.К. Анохин). Основное свойство биологической системы — получение полезного приспособительного результата. Биологическая система относится к динамическим системам. Один и тот же биологический объект может выступать как целостная система, так и в качестве подчиненного. Биологическая система обладает рядом свойств:

1. результат как системообразующий фактор;

2. наличие связей и отношений (значительное внимание уделяется системообразующим связям);

3. наличие структуры и организации;

4. иерархия связей;

5. саморегуляция;

6. устойчивость;

7. эмерджентность (система обладает свойством или свойствами, отсутствующими у ее компонентов);

8. мультипараметрическая регуляция и др.

Суть принципа эмерджентности заключается в том, что свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей.

Гомеоста́з — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия. Стремление системы воспроизводить себя, восстанавливать утраченное равновесие, преодолевать сопротивление внешней среды.

Когда происходит изменение в переменных, наблюдаются два основных типа обратной связи, или фидбэка, на которые реагирует система:

Отрицательная обратная связь, выражающаяся в реакции, при которой система отвечает так, чтобы изменить направление изменения на противоположное. Так как обратная связь служит сохранению постоянства системы, это позволяет соблюдать гомеостаз.

Например, когда концентрация углекислого газа в организме человека увеличивается, лёгким приходит сигнал к увеличению их активности и выдыханию большего количество углекислого газа.

Терморегуляция — другой пример отрицательной обратной связи. Когда температура тела повышается (или понижается) терморецепторы в коже и гипоталамусе регистрируют изменение, вызывая сигнал из мозга. Данный сигнал, в свою очередь, вызывает ответ — понижение температуры (или повышение).

Положительная обратная связь, которая выражается в усилении изменения переменной. Она оказывает дестабилизирующий эффект, поэтому не приводит к гомеостазу. Положительная обратная связь реже встречается в естественных системах, но также имеет своё применение.

Например, в нервах пороговый электрический потенциал вызывает генерацию намного большего потенциала действия. Свёртывание крови и события при рождении можно привести в качестве других примеров положительной обратной связи.

Устойчивым системам необходимы комбинации из обоих типов обратной связи. Тогда как отрицательная обратная связь позволяет вернуться к гомеостатическому состоянию, положительная обратная связь используется для перехода к совершенно новому (и, вполне может быть, менее желанному) состоянию гомеостаза, — такая ситуация называется "метастабильность". Такие катастрофические изменения могут происходить, например, с увеличением питательных веществ в реках с прозрачной водой, что приводит к гомеостатическому состоянию высокой эвтрофикации (зарастание русла водорослями) и замутнению.

2. Эдафические факторы. Особенности температурного, водного и воздушного режимов почвы. Засоленные почвы, адаптация организмов к обитанию в условиях повышенной солености почв

Эдафические факторы (от греч. edaphos — земля, почва), почвенные условия, которые влияют на жизнь и распространение живых организмов. К эдафическим факторам относят водный, газовый и температурный режимы почвы, её химический состав и структуру, которая обусловлена преимущественно органическими веществами. Они играют важную роль в жизни тех организмов, которые тесно связаны с почвой. Особенно зависят от эдафических факторов растения.

Почву населяют различные почвенные микроорганизмы (бактерии, водоросли, грибы), представители мн. групп беспозвоночных (простейшие, черви, моллюски, насекомые и их личинки), роющие позвоночные. Организмы, живущие в почве (почвенная фауна), играют важную роль в формировании плодородия почв и т. о. служат одним из существ, факторов почвообразования.

К основным свойствам почвы, сказывающимся на жизни организмов, относятся ее физическая структура, т.е. наклон, глубина и гранулометрия, химический состав самой почвы и циркулирующих в ней веществ - газов (при этом необходимо выяснить условия ее аэрации), воды, органических и минеральных веществ, находящихся в форме ионов.

Основной характеристикой почвы, имеющий большое значение как для растений, так и для роющих животных, является размер ее частиц.

Наземные почвенные условия определяются климатическими факторами. Даже на незначительной глубине в почве царит полная темнота, и это свойство – характерная черта местообитания тех видов, которые избегают света. По мере погружения в почву колебания температуры становятся все менее значительными: за суточные изменения быстро затухают, а начиная с известной глубины сглаживаются и ее сезоны различия. Суточные температурные различия исчезают уже на глубине 50 см. По мере погружения в почву содержание кислорода в ней уменьшается, а СО₂ увеличивается. На значительной глубине условия приближаются к анаэробным, где и обитают некоторые анаэробные бактерии. Уже дождевые черви предпочитают среду с более высоким, чем в атмосфере, содержанием СО₂ .

Влажность почвы чрезвычайно важная характеристика, особенно для произрастающих на ней растений. Она зависит от многочисленных факторов: режима дождей, глубины залегания слоя, а также физических и химических свойств почвы, частицы которой в зависимости от их размера, содержания органического вещества и т.п. Флора сухих и влажных почв неодинакова и на этих почвах нельзя разводить одни и те же культуры. Фауна почвы также весьма чувствительная к ее влажности и, как правило не переносит слишком большой сухости. Общеизвестным примером служат дождевые черви и термиты. Последние иногда вынуждены снабжать водой свои колонии, проделывая подземные галереи на большой глубине. Однако слишком высокое содержание воды в почве убивает личинки насекомых в больших количествах.

Засоленные почвы-почвы с повышенным (более 0,25%) содержанием легкорастворимых в воде минеральных солей. Встречаются преимущественно в южных засушливых областях многих стран (Пакистан, Индия, Китай, АРЕ и др.), часто пятнами среди незаселенных почв. Содержат главным образом соли серной (сернокислые натрий, кальций и магний), соляной (хлористые натрий, кальций и магний) и угольной (натриевая в двух формах: углекислой соли, или нормальной соды, и двууглекислой соли, или питьевой соды) кислот. Иногда в засоленных почвах встречаются натриевая и кальциевая соли азотной кислоты. В зависимости от количества содержащихся в почве солей, характера их распределения по почвенным горизонтам. Засоленные почвы подразделяются на солончаки (1-3% солей и более), солончаковые (менее засоленные) и солончаковатые (засоленные ниже пахотного слоя). Для установления степени их засоленности определяют сумму токсичных солей, связанных с ионами хлора и сульфата. От засоленных почв отличают солонцеватые, содержащие поглощённый натрий (см. Солонцы); иногда солонцеватость сочетается с солончаковатостью. Обычно более токсичны хлористые соли. Помимо токсического действия, легкорастворимые соли повышают осмотическое давление почв, раствора и создают так называемою физиологическую сухость, при которой растения страдают так же, как и от почвенной засухи. Избыток воднорастворимых солей в почве приводит к изреженности растительного покрова и появлению особой группы дикорастущих видов растений, т. е. солянок, или галофитов, приспособленных к жизни на засоленных почвах.

Засоленные почвы образуются в результате накопления солей в почве и почвенно-грунтовых водах, а также от затопления суши морской солёной водой. Обязательными факторами накопления солей на суше и засоления ими почв являются засушливый климат и затрудненный отток поверхностных и подпочвенных вод. На орошаемых землях часто наблюдается т. н. вторичное засоление, если в подпочвах или грунтовых водах много солей. При орошении бессточных равнин происходит подъём уровня солёных грунтовых вод, что и приводит к засолению почвы.

Солеустойчивость растений, способность растений произрастать на засоленных почвах . Наиболее солеустойчивы Галофиты, однако и они очень чувствительны к внезапному засолению. Любое растение приспосабливается к высокому содержанию солей в процессе онтогенеза в соответствии со своей наследственной природой. Адаптация растений зависит от вида засоления. При хлоридном засолении растения становятся мясистыми - суккулентами , при сульфатном - обычно приобретают ксероморфную структуру .

Основная причина повреждения растений на засоленных почвах - токсичность солей, а не высокое осмотическое давление, как считали до начале 20 в. С. р. при культивировании на почвах хлоридного, сульфатного и карбонатного (содового) засоления повышают путём адаптации растений в соответствующих солевых растворах (намачивание семян). При такой "закалке" снижается проницаемость протоплазмы для солей, повышается порог её коагуляции солями, меняется характер обмена веществ. На засоленных почвах у растений наблюдаются изменения нуклеинового, белкового, углеводного и фосфорного обмена.

3. Популяционная структура вида. Границы популяций. Специфические свойства популяционного уровня. Статические показатели популяции: численность и плотность

эмерджентность гомеостаз почва популяция

Популяцией в экологии называют группу особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих общую территорию.

Виду и популяциям свойственна структурированность. Вид, как правило, включает множество популяций. Изоляция между ними почти никогда не бывает абсолютной: между отдельными популяциями происходит обмен особями благодаря миграции. Степень изолированности популяций зависит от способности к расселению, от наличия географических преград в пределах ареала вида (широкие реки, проливы, горные хребты и т.п.), а также от характера местообитаний.

Широкое распространение в экологии получила иерархия популяций в зависимости от размеров занимаемой ими территории. Профессор Н.П.Наумов предложил классификацию популяций на ландшафтно-биотопической основе, выделяя элементарную, экологическую и географическую популяции (рис. 2).

Элементарная (локальная) популяция – это совокупность особей, занимающих какой-то небольшой участок однородной площади. Число элементарных популяций, на которые распадается вид, зависит от разнородности условий в биогеоценозе: чем они разнообразнее, тем меньше элементарных популяций и наоборот. Нередко смещение особей элементарных популяций, происходящее в природе, стирает границу между ними.

Экологическая популяция – это население одного типа местообитания (биотопа), характеризующееся общим ритмом биологических циклов и характером образа жизни. Это наиболее мелкие территориальные группировки, которые формируются как совокупность элементарных популяций. Например, белка заселяет различные типы леса. Поэтому могут быть выделены "сосновые", "елово-пихтовые" и другие ее экологические популяции. Они слабо изолированы друг от друга, и обмен генетической информацией между ними происходит довольно часто, но реже чем между элементарными популяциями.