Заверуха Н.М., Серебряков В.В., Скиба Ю.А. Основи екології

Подождите немного. Документ загружается.

Розділ 1. Основи теоретичної екології

Л З

4. Об'єкти дослідження в екології.

5. Комплекс сучасних методів екологічних досліджень.

6. Основні етапи взаємодії людини з довкіллям.

СПИСОК РЕКОМЕНДОВАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

1. Білявський Г.О., Бутченко Л.І., Навроцький В.М. Основи еколо-

гії: теорія і практика. Навчальний посібник. — К.: Лібра, 2002.

2. Кучерявий В.П. Екологія. - Львів: Світ, 2000.

3. Мусієнко М.М., Серебряков В.В., Брайон О.В. Екологія. Охо-

рона природи: Словник-довідник. — К.: Т-во «Знання», КОО,

2002.

4. Одум Ю. Экология (в 2-х томах). — М.: Мир, 1986.

5. Основи екології: Підручник / ГО. Білявський, Р.С. Фурдуй,

І.Ю. Костіков. — К.: Либідь, 2004.

6. Серебряков В.В. Основи екології: Підручник. — К.: Знання-

Прес, 2002. — 300 с

Тема 1.2

Теоретичні аспекти екології

(основні екологічні поняття та закономірності)

Після вивчення матеріалу теми Ви повинні знати:

- основні середовища існування живих організмів (пові-

тряне, водне, ґрунтове) та їхні особливості;

- екологічні фактори та їх класифікацію;

- основні закономірності впливу екологічних факторів на

живі організми;

- динамічні та статичні показники популяцій;

- структурну організацію популяцій;

- структуру та закономірності функціонування біогеоцено-

зів;

- екосистеми різних рівнів;

- особливості структури та функціонування штучних угру-

повань організмів — агроценозів;

- визначення біосфери та її межі, а також; властивості

живої речовини;

- біохімічні функції живої речовини;

- кругообіги таких речовин: води, оксигену, карбону, нітро-

гену, фосфору, сірки тощо;

- вчення В.І. Вернадського про ноосферу.

Після вивчення матеріалу теми Ви повинні вміти:

- визначати екологічні функції повітряного, водного сере-

довища та ґрунтів;

- давати характеристику абіотичним та біотичним еколо-

гічним факторам;

- аналізувати загальні закономірності впливу екологічних

факторів на живі організми;

- формулювати основні екологічні закони;

- визначати динамічні та статичні показники популяцій;

- розрізняти поняття біоценозу та екосистеми;

- пояснити структуру біоценозу;

- характеризувати біосферу;

- обґрунтувати зв'язок кругообігів речовин та енергії в біо-

сфері;

- дати оцінку вченню В.І. Вернадського про ноосферу.

Розділ 1. Основи теоретичної екологи'

Ключові ПОНЯТТЯ

ТА

ТЕРМІНИ

у аутекологія •*

•S повітряне середовище існування S

•S газовий склад повітря S

•S тропосфера, стратосфера,

мезосфера, термосфера та

екзосфера S

•S магнітосфера S

•S водне середовище існування

•S теплоємність, теплопровідність,

текучість, прозорість, солоність

води

S пелагіаль, бенталь

S ґрунтове середовище існування,

екологічні функції ґрунтового

покриву S

•S цілісні функції ґрунту

S абіотична та біотична складові ^

ґрунту S

•S екологічні фактори ^

•S абіотичні фактори: сонячна S

радіація, температура, вологість,

тиск, течії, едафічні, орографічні

та гідрологічні фактори

•/ фотоперіодизм

S біотичні фактори S

•/ гомотипові реакції: груповий

ефект, масовий ефект та S

внутрішньовидова конкуренція S

•S гетеротипові реакції: нейтралізм, •/

коменсалізм, протокооперація, S

мутуалізм, аменсалізм, хижацтво, S

паразитизм та міжвидова •/

конкуренція

основні екологічні закони

закон оптимуму

закон толерантності

еврибіонти та стенобіонти

екологічна валентність

сукупна дія екологічних факторів

лімітуючі фактори, закон Лібіха

демекологія

ареал виду та популяція

динамічні та статичні показники

популяцій: чисельність,

щільність, переміщення

організмів, народжуваність,

смертність

структури популяцій: просто-

рова, вікова, статева та ін.

синекологія

біоценоз, біотоп, біогеоценоз

екосистема

структури біоценозів:

просторова (вертикальна та

горизонтальна складові

структури, фенологічна

структура), видова, трофічна

продуценти, консументи,

редуценти

екологічні піраміди

сукцесії

агроценози

біосфера

ноосфера

кругообіги води, оксигену, карбону,

нітрогену, фосфору, сірки тощо

1.2.1. Аутекологія (факторіальна екологія)

На Землі мешкає понад 2 млн видів живих організмів, які

пристосувалися до різноманітних умов існування. В будь-

якому регіоні нашої планети організми, які там мешкають,

1 S Основи екології

зазвичай взаємодіють з певними умовами існування: сприйма-

ють вплив середовища на себе та відповідно реагують на будь-

які його зміни. Молена тільки дивуватися надзвичайній здат-

ності організмів пристосовуватися до найекстремальніших

умов життя на суходолі, у воді, під землею, у високогір'ї чи в

повітрі.

Розділ екології, що вивчає взаємодію екологічних факторів

з живими організмами, називають факторіальною екологією,

або аутекологією.

1.2.1.1. Основні середовища існування організмів

Середовище — одне з основних екологічних понять. Воно

охоплює весь комплекс природних тіл та явищ, з якими орга-

нізм перебуває в безпосередніх чи непрямих взаємозв'язках.

Широко вживаними є поняття природне та навколишнє сере-

довища.

Природне середовище — вся сукупність природних та

змінених діяльністю людини факторів живої і неживої при-

роди, які можуть проявляти вплив на організм. Усі сили та

явища природи, походження яких не пов'язане із життєдіяль-

ністю сучасних організмів, становлять абіотичне середовище.

Ті самі явища та сили природи, які своїм походженням зобов'я-

зані життєдіяльності нині наявних організмів, відносять до

середовища біотичного.

Під навколишнім середовищем розуміють сукупність

зовнішніх умов живої та неживої природи, при яких існує

організм і які прямо чи опосередковано впливають на стан,

розвиток та розмноження як окремих організмів, так і популя-

цій. Розрізняють наземне, прісноводне, морське, підземне та

повітряне середовища, які значно відрізняються за специфі-

кою умов.

Існує також більш конкретне поняття середовища як без-

посереднього оточення організмів — середовище існування.

Середовище існування — це сукупність умов, у яких мешка-

ють певні особини, популяції, угруповання організмів. Воно

охоплює сукупність абіотичних та біотичних факторів окре-

мого організму чи їх угруповань в цілому, тобто все те, серед

чого вони живуть. Живі організми нашої планети населяють

Розділ 1. Основи теоретичної екології Л ~7

чотири основні середовища існування: водне, наземно-пові-

тряне, ґрунти, а також; організми інших істот. Постійний взає-

мозв'язок між: живими істотами і навколишнім середовищем,

обмін речовиною та взаємоперетворення енергії, пристосу-

вання організмів до мінливих умов існування є невід'ємними

умовами існування життя на Землі.

Повітряне середовище існування — атмосфера — це газо-

подібна оболонка Землі, що складається із суміші різних газів,

водяної пари та пилу і утримується навколо нашої планети

завдяки земному тяжінню. Атмосфера обертається разом із

Землею як одне ціле. Маса атмосфери становить 5,15х10

т.

Вона має неоднорідний склад та будову.

Газовий склад повітря. Хімічний склад атмосферного

повітря (в об'ємних відсотках) такий:

- нітроген — 78,1%;

- оксиген - 20,85%;

- аргон - 0,93%;

- двооксид карбону — 0,033%;

- неон, гелій, криптон, ксенон, озон, гідроген тощо —

0,087%;

- водяна пара — 0,01-4%.

Найбільше в атмосферному повітрі газоподібного азоту

(нітрогену). Для більшості організмів він є нейтральним газом.

Лише для незначної групи мікроорганізмів (бульбочкові бак-

терії, актиноміцети, ціанобактерії) азот повітря є фактором

життєдіяльності. Засвоюючи молекулярний азот, мікроорга-

нізми після відмирання та мінералізації забезпечують рослини

доступними формами цього елемента їхнього живлення.

Для абсолютної більшості живих організмів кисень (окси-

ген) є життєво необхідним. У безкисневому середовищі можуть

існувати лише анаеробні бактерії. Єдиним продуцентом віль-

ного молекулярного кисню на Землі є зелені рослини, які утво-

рюють його в процесі фотосинтезу. Доросле дерево за добу

виділяє до 180 л кисню. Людина ж вдихає впродовж: дня до

180 л, а при інтенсивній роботі — до 900 л. Реактивний лайнер

на переліт з Європи до Америки витрачає 35 т кисню. З цього

прикладу видно, наскільки актуальна проблема збереження

лісів, які можна назвати «легенями» планети.

Я 8 Основи екології

Вуглекислий газ (диоксид карбону) — одна з найважливі-

ших форм циркулюючого біогенного елемента — неорганіч-

ного вуглецю (карбону). Головні джерела надходження його в

атмосферу — дихання тварин і рослин, діяльність ґрунтових

мікроорганізмів, грибів, процеси горіння, виверження вулка-

нів, промислові підприємства, транспортні засоби тощо. Через

незначну кількість у повітрі навіть невеликі коливання його

вмісту мають істотне значення для фотосинтезуючих організ-

мів. Крім того, вуглекислий газ, який поглинає довгохвильові

інфрачервоні промені, що виникають при нагріванні поверхні

Землі, створює умови для збереження тепла в атмосфері.

В океані вуглекислого газу майже в 60 разів більше, ніж: в

атмосфері.

Досить важливим компонентом атмосфери є газ озон (О

Основна кількість озону зосереджена в стратосфері на висоті

15-25 км, де він утворює озоновий шар, який має велике еко-

лого-біологічне значення. Озон поглинає короткохвильові уль-

трафіолетові промені Сонця, чим визначає не лише темпера-

турний режим стратосфери, а й захищає все живе від їхньої

шкідливої дії. Біля поверхні землі його дуже мало.

Аргон, неон, гелій та деякі інші гази атмосфери вважаються

екологічно нейтральними.

Атмосферу поділяють на тропосферу, стратосферу, мезо-

сферу, термосферу та екзосферу.

Екзосфера, або сфера розсіювання, є найбільш віддаленим

від Землі прошарком атмосфери (від 700-800 до 1600 км від її

поверхні), з мізерною щільністю повітря та досить високою

температурою, що за певних фізичних особливостей атомів

газів сприяє їхньому витоку (втраті) за межі атмосфери у від-

критий космос. Розсіювання газів (в основному водню та

гелію) атмосфери йде досить інтенсивно. Окрім атомів водню

та гелію, в космічний простір витікає й кисень — до 50 тис. т

на рік.

Термосфера, або іоносфера — розріджений шар атмосфери

над мезосферою в межах від 80 до 700-800 км від поверхні

Землі. Вона характеризується швидким наростанням темпера-

тури до висот 200-300 км (до 1500° С) та збереженням її такою

практично до зовнішніх меле атмосфери.

Розділ 1. Основи теоретичної екології

1 Э

Шар мезосфери розташовується на висоті в межах 50-80 км

від поверхні Землі й характеризується зниженням темпера-

тури з висотою (приблизно від 0° С до -90° С).

Стратосфера розташовується на різних висотах: над

полюсами починається на висоті 8-10 км, над екватором — 16-

18 км і продовжується до висоти у 50 км над поверхнею Землі.

Характеризується в помірних та полярних широтах майже

постійною температурою в нижній своїй частині (-45° С, -75° С

залежно від пори року) і різким зростання температури з висо-

тою у верхній частині (від -20° С до +20° С, в середньому до

0° С). Також для стратосфери характерна наявність макси-

мальної концентрації озону на висоті 22-25 км, тобто озонового

екрану. Нижні межі стратосфери мінливі, вони залежать від

пори року та циклонічної діяльності.

Тропосфера — це нижній шар атмосфери (до 8-10 км над

полюсами, 10-12 км над помірними широтами та 16-18 км —

над екватором), де вміщується 90% усієї маси атмосферного

повітря (включаючи водяну пару) та відбуваються основні

метеорологічні процеси. Тропосфера характеризується темпе-

ратурним градієнтом: з підняттям на колений кілометр темпе-

ратура рівномірно знижується на 6-6,5° СУ ній турбулентний

обмін створює помітний вплив на розподіл вітру та добовий хід

метеорологічних процесів. Декілька десятків метрів атмо-

сфери, що прилягають до Землі, називають приземним шаром

атмосфери. В ньому найбільше проявляється безпосередній

вплив поверхні літосфери та гідросфери (як природної, так і

зміненої завдяки діяльності людини). У тропосфері зосеред-

жене все наземне життя планети.

Загалом атмосфера відіграє велику роль у формуванні

основних кліматичних факторів завдяки своїм глобальним

функціям, а саме:

- вона пропускає тільки частку сонячної радіації {функція

розсіювання);

- утримує тепло в приземних шарах {функція терморегу-

ляції);

- через атмосферу не проникає згубне для всього живого

ультракоротке випромінювання завдяки озоновому

екрану, та не так часто падають на поверхню Землі

Основи екології

метеорити, тому що згорають у середніх шарах атмо-

сфери (захисна функція).

Над усією атмосферою розташовується простір, в якому

формується магнітне поле Землі — магнітосфера. Вона захи-

щає біосферу від впливу на неї сонячної плазми, що має над-

звичайно високу температуру.

Водне середовище. Жива природа зобов'язана воді своїм

походженням. Адже колискою перших організмів на нашій

планеті був стародавній Океан. Та вода не лише колиска життя,

а й основа усього живого, його середовище. В більшості клітин

вода становить 70-80% їхнього складу, вона — основне середо-

вище для багатьох реакцій у процесі обміну речовин. Усі про-

цеси на рівні клітини, тканини, організму неможливі без

достатнього водозабезпечення. Як речовина життя, вода забез-

печує наше повсякденне існування, а також приносить вели-

чезне естетичне задоволення.

Вода займає 71% площі земної кулі, що в 2,5 рази більше за

площу суходолу. До гідросфери — водяної оболонки Землі —

належать води Світового океану (93,6%), підземні води (4%),

льодовики (2%), води річок, озер та боліт (0,4%). Проте основна

маса її недоступна для широкого використання, тому що 97,5%

усіх вод — солоні. Прісної води на земній кулі значно менше.

Ось із чого складаються запаси прісних вод (у тис. км

- вода льодовиків та постійного снігового покриву — 24064;

- підземні прісні води — 10530;

- води прісних озер — 91;

- ґрунтова волога — 16,5;

- волога атмосфери — 12,9;

- вода боліт — 11,5;

- вода рік — 2,1;

- біологічна вода — 1,1.

Як видно, майже 70% прісної води знаходиться в льодовому

та сніговому покровах Землі. До того ж, вода розподілена на

поверхні земної кулі досить нерівномірно.

Водний фактор середовища складається із таких елемен-

тів — опадів, вологості ґрунту та вологості повітря. При

вивченні екологічної ролі води враховується не лише кількість

опадів, а й особливості їхнього розподілу впродовж року. Крім

Розділ 1. Основи теоретичної екології

того, екологічно значущим є співвідношення величини опадів

та випаровування води. Ділянки, в яких випаровування пере-

вищує річну суму опадів, називають сухими (аридними).

Ділянки ж суші, де забезпеченість водою достатня, називають

вологими (гумідними). Головним джерелом води для рослин-

них організмів є ґрунт. Вода — одна з головних умов форму-

вання біомаси рослин. З водою пов'язане і ґрунтове живлення

рослин, і повітряне (фотосинтез). Продукти метаболізму роз-

чиняються та транспортуються також; за участю води.

Якими особливими властивостями характеризується

вода? Передусім це — її теплові властивості. Вода має високу

питому теплоємність, малу теплопровідність та здатність

розширюватися при замерзанні. Теплоємність води дорівнює

4190 Дж/ (кг • К). Внаслідок великої питомої теплоємності вода

здатна поглинати велику кількість тепла, але, маючи малу

теплопровідність при цій температурі, повільно віддає його

навколишньому середовищу. Це означає, що водойми мають

відносну сталість температурного режиму, який, якщо й змі-

нюється, то поволі і поступово. Висока питома теплоємність

води зумовлює великі запаси тепла в гідросфері порівняно із

суходолом та атмосферою. Наприклад, якщо знизити темпера-

туру 1 л води на 1 °С, то виділиться стільки тепла, скільки

достатньо для нагріву на 1 °С більше 3000 л повітря. Тому зро-

зуміло, чому теплі води морів та океанів формують клімат

великих територій, що омиваються ними.

Надзвичайною особливістю води є розширення при замер-

занні, на противагу більшості інших речовин, що охолоджую-

чись, стискаються та набувають найбільшої щільності при

температурі замерзання. Завдяки цьому лід має меншу питому

вагу, ніж; вода, і тому тримається на її поверхні, захищаючи

нижче розташовані шари води від подальшого охолодження.

При нагріванні води до +4° С її об'єм трохи зменшується (у

цей час її об'єм майже точно дорівнює 1,0000 см

). Однак як

тільки температура води перевищить +4° С, її об'єм почне

зростати, спочатку в незначних обсягах, та потім з більшою

швидкістю при нагріванні на 1° С. Отже, вода при температурі

+4° С та при тиску 1 атм має максимальну щільність. Ця харак-

теристика дуже важлива для прісних водойм. Під час

22 Основи екології

охолодження водойми вода максимальної щільності (тобто

при температурі +4° С) розташовується на дні, і подальшого її

охолодження не відбувається. Таким чином на дні водойми

взимку температура буде дорівнювати +4° С, хоча на поверхні

може бути більш холодна вода і навіть лід.

Висока щільність води дає змогу водяним організмам пла-

вати, перебуваючи в зваженому стані. У такому ж зваженому

стані у воді можуть перебувати найдрібніші тверді часточки

різних речовин. Через наявність великої кількості завислих у

воді часточок (абіогенного та біогенного походження) вода

характеризується ступенем прозорості. Якою б чистою (про-

зорою) не була вода, все одно сонячні промені мають свою межу

поширення у її товщі. Це зумовлює поширення та вертикаль-

ний розподіл живих організмів у гідросфері.

Вода як щільна речовина характеризується також; теку-

чістю. Водні маси, рухаючись, утворюють течії, які виконують

величезну роботу руйнування, вимивання, переносу речовин та

теплообміну.

Вода є універсальним розчинником. Більшість речовин до

певної міри розчинні у воді, а деякі повністю в ній розчиняються.

Наявність розчинених солей у воді зумовлює її солоність.

Ознайомимося зі структурою гідросфери, тобто виділимо

певні екологічні зони. В океані разом з морями, що до них

належать, виділяють дві екологічні зони: пелагіаль (pelagos —

море, товща води) та бенталь (benthos — глибина, дно). Залежно

від глибини бенталь поділяють на вертикально розташовані

життєві зони.

В озерах товщу води (пелагіаль) поділяють на прибережну

зону, та пелагічну (лімнічну) — над рештою водойми. Нижня

межа лімнічної зони визначається глибиною проникнення

світла. Цю глибину також; називають компенсаційним гори-

зонтом, оскільки тут процеси фотосинтезу зрівноважують про-

цеси дихання. У цілому цей горизонт розташований на такій

глибині, до якої доходить близько 1% сонячного світла.

Текучі континентальні водойми (струмки, ручаї, річки

та ріки) мають дві великі зони: перекати (пороги, бистрини)

та плеса (заводі, затони). Перекатами називають мілководні

ділянки зі швидкою течією. Дно в таких місцях вільне від мулу