Контрольные задания по дисциплине «Экология» Раздел 1 «Основы факториальной экологии» Вариант 1. 1. Что такое среда обитания и какие среды заселены организмами? Среда обитания - все, те условия и элементы, которые окружают организм и непосредственно связанные с ним. На нашей планете живые организмы в ходе длительного исторического развития освоили четыре среды жизни, которые распределились соответственно минеральным оболочкам (гидросфера, литосфера, атмосфера). Это водная, наземно-воздушная, почвенная и последняя сами организмы. 2. Как формулируется закон минимума? Какие существуют к нему уточнения? Формулировка закона минимума «В комплексе экологических факторов сильнее действует тот, интенсивность которого ближе к пределу выносливости (к минимуму)». Это значит, что наибольшее влияние на организм имеет ресурс, который находится в минимуме. Закон минимума (Ю. Либих) — жизненность организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Ю. Либих формулировал данный закон следующим образом: "Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени". Значимая поправка и дополнение - закон селективных действий факторов на разные функции организма любые экологические факторы по-разному влияют на функции организмов, оптимум для одного процесса, не будет оптимумом для другого, и наоборот. К данной группе уточнений закона Либиха относят немного непохожее на другие правило фазовых реакций " вред польза ": небольшая концентрация токсиканта воздействует на организмы в направленности увеличения его функций, тогда как более значительная концентрация угнетает или даже приводит к смерти организма. 3. Охарактеризуйте свет как важнейший абиотический фактор. Какие существуют экологические группы растений по отношению к свету? Дайте их краткую характеристику. Свет является одним из важнейших абиотических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Роль света в жизни растений трудно переоценить, так как солнечная энергия является основой для реализации всех процессов жизнедеятельности, начиная от питания и заканчивая отправлением отдельных физиологических функций. Важнейшие процессы, протекающие у растений и животных с участием света: Фотосинтез. В среднем 1—5% падающего на растения света используется для фотосинтеза. Фотосинтез — источник энергии для всей остальной пищевой цепи. Транспирация. Примерно 75% падающей на растения солнечной радиации расходуется на испарение воды и таким образом усиливает транспирацию. Фотопериодизм. Важен для синхронизации жизнедеятельности и поведения растений и животных (особенно размножения) с временами года. Движение. Фотопериодизм и фотонастии у растений важны для того, чтобы обеспечить растению достаточную освещенность. Фототаксис у животных и одноклеточных растений необходим для нахождения подходящего местообитания. Зрение у животных. Одна из главных сенсорных функций. Прочие процессы. Синтез витамина D у человека. Длительное воздействие ультрафиолетовых лучей может вызывать повреждение тканей, особенно у животных. Выработались защитные приспособления — пигментации, поведенческие реакции избегания и т. д. По отношению к свету различают несколько групп растений. 1. Светолюбивые — растения открытых пространств, на которые падает прямой свет. К ним относят растения степей, пустынь, полупустынь (ковыли, полыни, различные виды злаковых, например пшеница и др.), а также растения верхних ярусов лесов (сосна, береза и др.). 2. Теневыносливые — растения, которые могут произрастать в условиях некоторого затенения, например бук, дуб, граб, ель и др. 3. Тенелюбивые — растения, которые не могут существовать в условиях попадания на них прямого света. К ним относятся растения, живущие под пологом леса, например, папоротники, звездчатка, ландыши и др. Кроме того, что солнечный свет для растений является источником энергии, он регулирует процессы их жизнедеятельности. Это явление называется фотопериодизмом. Фотопериодизм — регуляция биоритма живых существ при помощи света. Различают суточный и сезонный фотопериодизм, а также периодизм процессов, протекающих на Солнце. У растений днем реализуются процессы световой фазы фотосинтеза и темновой фазы, а ночью — темновая фаза фотосинтеза. С фотопериодизмом у растений связано явление фототропизм — движение отдельных органов растения к свету, например, движение головки подсолнуха в течение дня по ходу движения Солнца, раскрытие соцветий одуванчика утром и закрытие их вечером, рост комнатных растений в освещенную сторону и т. д. (суточный фотопериодизм). 4. Что такое экологическая ниша? Экологическая ниша — это совокупность факторов среды, в пределах которых обитает тот или иной вид организмов, его место в природе, в пределах которого данный вид может существовать неограниченно долго. Обобщенным определением является место вида в природе, обусловленное совокупным набором факторов внешней среды. Экологическая ниша включает не только положение вида в пространстве, но и его функциональную роль в сообществе. Экологическая ниша отображает участие вида в биоценозе. При этом имеется в виду не территориальное его размещение, а функциональное проявление организма в сообществе. По выражению Ч. Элтона (1934), экологическая ниша — «это место в живом, окружении, отношение вида к пище и к врагам». 5. Что характеризуют эврибионтность и стенобионтность организмов? Экологически выносливые виды называют эврибионтными (eyros — широкий): маловыносливые — стенобионтными (stenos — узкий). Эврибионтность и стенобионтность характеризуют различные типы приспособления организмов к выживанию. Виды, длительное время развивающиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности, тогда как виды, существовавшие при значительных колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся эврибионтными. Эврибионтность, как правило, способствует широкому распространению видов. Раздел 2. «Макробиологические системы» Вариант 1. 1. Дайте определение популяции. Перечислите и охарактеризуйте важнейшие популяционные показатели. По определению С. С. Шварца (1980), популяция — это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды. Термин «популяция» в настоящее время используют в узком смысле слова, когда говорят о конкретной внутривидовой группировке, населяющей определенный биогеоценоз, и широком, общем смысле, для обозначения обособленных групп вида независимо от того, какую территорию она занимает и какую генетическую информацию несет. Популяция является генетической единицей вида, изменения которой осуществляет эволюция вида. Как группа совместно обитающих особей одного вида, популяция выступает первой над-организменной биологической макросистемой. У популяции приспособительные возможности значительно выше, чем у слагающих ее индивидов. Популяция как биологическая единица обладает определенной структурой и функцией. Структура популяции характеризуется составляющими ее особями и их распределением в пространстве. Функции популяции аналогичны функциям других биологических систем. Им свойствен рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях. Популяционные показатели: 1. Численность – общее количество особей. 2. Плотность – количество особей на единицу площади или объема. 3. Смертность – число особей погибших за единицу времени. 4. Рождаемость – число особей родившихся за единицу времени. 5. Темп роста популяции — это средний прирост популяции за единицу времени. 6. Прирост популяции — это разница между рождаемостью и смертностью, прирост популяции может быть, как положительным, так и отрицательным. 2. Что такое экологическая система? Какие биосистемы изучает экология? Экологическая система, или экосистема, — основная функциональная единица в экологии, так как в нее входят организмы и неживая среда — компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые условия для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле. Термин «экосистема» впервые был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тенсли (1871—1955). В настоящее время широкое распространение получило следующее определение экосистемы. Экосистема — это любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ. По Н. Ф. Реймерсу (1990), экосистема — это любое сообщество живых существ и его среда обитания, объединенные в единое функциональное целое, возникающее на основе взаимозависимости и причинно-следственных связей, существующих между отдельными экологическими компонентами. Биологические системы - совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих живых элементов различной сложности (гены, клетки, ткани, органы, организмы, биоценозы, экосистемы, биосфера). Так, принято выделять следующие 6 уровней организации биосистем: молекулярный — клеточный — организменный — популяционный — биогеоценотический — биосферный. 3. Что такое пищевая цепь? Охарактеризуйте пищевые цепи разных типов. Пищевая (трофическая) цепь - это последовательность того, кто кого ест в биологическом сообществе (экосистеме) для получения питательных веществ и энергии, поддерживающих жизнедеятельность. Место каждого звена в цепи питания является трофическим уровнем. Первый трофический уровень, как уже было отмечено ранее, занимают автотрофы, или так называемые первичные продуценты. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего — вторичными консументами и т. д. В природе, как правило, выделяют два типа пищевых цепей: пастбищную и детритную. Пастбищная цепь - начинается с живых зеленых растений, предназначенных для питания растительноядных животных, которыми питаются хищники. Экосистемы с таким типом цепи напрямую зависят от солнечной энергии. (Трава → Кузнечик → Птица → Ястреб) Детритная цепь - начинается с разлагающегося органического материала детрита - который употребляют детритофаги. Затем, детритофагами питаются хищники. Таким образом, подобные пищевые цепи меньше зависят от прямой солнечной энергии, чем пастбищные. Главное для них - приток органических веществ, производимых в другой системе. 4. Что такое сукцесси и каковы причины её возникновения? В чём сущность первичной и вторичной сукцессии? Эндогенетические смены возникают в результате процессов, которые происходят внутри самого биоценоза. Последовательная смена одного биоценоза другим называется экологической сукцессией последовательность, смена). Сукцессия (от лат. succession — является процессом саморазвития экосистем. В основе сукцессии лежит неполнота биологического круговорота в данном биоценозе. Типы сукцессионных смен. Выделяют два главных типа сукцессионных смен: 1 — с участием автотрофного и гетеротрофного населения; 2 — с участием только гетеротрофов. Сукцессии второго типа совершаются лишь в таких условиях, где создается предварительный запас или постоянное поступление органических соединений, за счет которых и существует сообщество: в кучах или буртах навоза, в разлагающейся растительной массе, в загрязненных органическими веществами водоемах и т. д. Первичная сукцессия характеризуется тем, что протекает на безжизненной местности. Это может быть голая скала без растительности, песчаные территории, застывшая лава и тому подобное. Когда организмы начинают заселять подобные территории, их обмен веществ сказывается на окружающей среде и меняет ее. Далее начинается более сложное развитие. А затем виды начинают сменять друг друга. Примером сукцессии является формирование исходного почвенного покрова, заселение изначально безжизненной песчаной территории, в первую очередь микроорганизмами, растениями, а затем грибами и животными. Вторичные сукцессии. Эти процессы приводят к заселению территории видами после некоторых повреждений. Например, лес, частично уничтоженный пожаром. Территория, на которой он ранее располагался, сохранила почву и семена. 5. Дайте определение понятия «агроэкосистема». В чём заключаются особенности круговорота веществ в агроэкосистемах? Агроэкосистемы — экосистемы, измененные человеком в процессе сельскохозяйственного производства. Это сельскохозяйственные поля, огороды, сады, виноградники, полезащитные лесные полосы и т. д. Основой агроэкосистем являются агроценозы. Агроэкосистемы отличаются от естественных экосистем. - Разнообразие живых организмов в них резко снижено для получения максимально высокой продукции. - Виды сельскохозяйственных растений и животных в агроэкосистемах получены в результате действия искусственного, а не естественного отбора. В результате происходит резкое сужение генетической базы сельскохозяйственных культур, которые крайне чувствительны к массовому размножению вредителей и болезням. - Агроэкосистемы более открыты, из них вещество и энергия изымаются с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв. В связи с постоянным изъятием урожая и нарушением процессов почвообразования, при длительном выращивании монокультуры на культурных землях постепенно происходит снижение плодородия почв. Высокая продуктивность агроэкосистем имеет два значительных отрицательных последствия: нарушение круговорота веществ и потока энергии. Круговорот веществ изменен в результате ежегодного изъятия урожая, что выражается в уменьшении содержания питательных веществ – утрате плодородия. Почвенное плодородие, определяемое в основном запасами гумуса, является главной экономической и экологической характеристикой агроэкосистемы. Раздел 3 «Учение о биосфере» Вариант 1. 1. Современное определение биосферы. Какие основные геологические оболочки входят в состав биосферы? Согласно современным представлениям, биосфера — это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (до озонового слоя – на высоте 20-25 км), всю гидросферу и верхнюю часть литосферы, то есть ту область, где существует жизнь, живые организмы. 2. Назовите и охарактеризуйте основные функции живого вещества биосферы. Живое вещество – это совокупность живых организмов. Функции: 1. Энергетическая – аккумулирование энергии и перераспределение ее по пищевым цепям. 2. Окислительно-восстановительная – окисление вещества в процессе жизнедеятельности и восстановление в процессе разложения при дефиците кислорода. 3. Газовая – способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. 4. Деструктивная – разрушение погибшей биоорганики и костных веществ. 5. Рассеивающая – рассеяние живого вещества на больших пространствах. 6. Концентрационная – способность организмов концентрировать в своем теле рассеянные элементы окружающей среды. 7. Транспортная – перенос и перераспределение вещества и энергии. 8. Средообразующая – преобразование физико-химических параметров окружающей среды. 9. Информационная – накопление информации и закрепление ее в наследственных структурах. 10. Биохимическая деятельность человека – превращение и перемещение веществ биосферы в результате деятельности человека. 3. Как протекает биосферный круговорот азота? Начертите схему. Азот — незаменимый биогенный элемент, так как он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Круговорот азота один из самых сложных, поскольку включает как газовую, так и минеральную фазу, и одновременно самых идеальных круговоротов. Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Как правило, азот следует за углеродом, вместе с которым он участвует в образовании всех протеиновых веществ. Однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот. Большинство растений не могут усваивать его непосредственно из воздуха. Некоторые азотофиксирующие бактерии, живущие в клубнях бобовых растений, клевера, сине-зеленых водорослей и др., могут превращать атмосферный азот в аммонийный. По пищевым цепям органический азот передается от клубеньковых растений другим организмам экосистемы. Когда в процессе клеточного дыхания белки и другие азотосодержащие органические соединения расщепляются, азот выделяется в окружающую среду главным образом в аммонийной форме Некоторые бактерии могут переводить аммонийный азот в нитратный (процесс нитрификации). В результате азот совершает круговорот. 4. Поясните «законы» экологии Б. Коммонера. Первый «закон» экологии: все связано со всем Этот закон отражает существование тесных связей в биосфере между живыми организмами и физико-химическими свойствами окружающей природной среды. Любое изменение в качестве физико-химического состояния природной среды передается как внутри экосистемы, так и между ними, влияет на их развитие и биосферы в целом Второй «закон» экологии: все должно куда- то деваться В природе синтезируются только те вещества, которые могут впоследствии быть разрушены естественным образом. В соответствии с первым принципом, всякое загрязнение вернется к человеку обратно. Это позволяет по-новому рассматривать проблему отходов материальной промышленности. Синтезирование человечеством новых веществ, которые нельзя разрушить без вреда для окружающей среды, привело к проблеме накопления отходов, там где их не должно быть. Это же касается и добычи ископаемых: переработанная нефть приводит к загрязнению и ухудшению экологической обстановки. Третий «закон» экологии: природа знает лучше Он основан на теории эволюции. Существующие в современном мире организмы и комбинации результат долгого процесса эволюции и естественного отбора. Из огромного количества веществ в результате процесса отбора остались те соединения, которые наиболее приемлемы для земных условий и имеют разлагающие их ферменты. Природа посредством конкурентной борьбы видов за существование оставляла только сильнейшие организмы устойчивые к конкретным климатическим условиям. Активные преобразования человеком экологической среды, биогеоценозов, а также истребление растений и животных может привести к необратимым последствиям, в результате которых мир перестанет быть пригодным для существования человечества. Четвертый «закон» экологии: ничто не дается даром Глобальная экосистема, т.е. биосфера, представляет собой единое целое, в рамках которого любой выигрыш сопровождается потерями, но в другом месте. Например, при выращивании зерна, из почвы извлекаются химические элементы, и если в нее не вносить удобрения, то урожаи снижаются. 5. Что такое ноосфера и как возникло это понятие? Ноосфера- сфера взаимодействия природы и общества, где разумная деятельность человека становится главным фактором развития. Ноосфера выходит за пределы биосферы в связи с огромным прогрессом научно-технической революции. Возникла космонавтика, которая обеспечивает выход человека за пределы планеты Земля. Происходит освоение космического, околокосмического пространства с непредвиденными возможностями. Создается принципиальная возможность создания искусственных биосфер на других планетах. С образованием ноосферы планета Земля переходит в новое качественное состояние. Если биосфера — это сфера Земли, то ноосфера — это сфера Солнечной системы. Ноосфера в будущем станет областью Солнечной системы в познавательных и производственных целях человеческого общества. Понятие «ноосфера» было предложено профессором математики Эдуардом Леруа, который трактовал её как «мыслящую» оболочку, формирующуюся человеческим сознанием. Э. Леруа подчёркивал, что пришёл к этой идее совместно со своим другом — геологом и палеонтологом-эволюционистом Пьером Тейяром де Шарденом. При этом Леруа и Шарден основывались на лекциях по геохимии, которые в 1922/1923 годах читал в Владимир Иванович Вернадский. Ноосфера – это все же результат эволюции, происходящей по следующей цепочке: развитие планеты – биосфера – появление человека - и, наконец, возникновение ноосферы. Раздел 4 «Экологический мониторинг» 1. вариант. 1. Что такое мониторинг окружающей природной среды? Каковы его цели и задачи? Экологический мониторинг – комплексная система наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей антропогенных факторов. среды под действием природных и Цель экологического мониторинга – информационное обеспечение управления природоохранной деятельностью и экологической безопасностью, оптимизация отношений человека с природой. Основные задачи экологического мониторинга: 1) наблюдение за источниками антропогенного воздействия; 2) наблюдение за факторами антропогенного воздействия; 3) наблюдение за состоянием природной седы и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия; 4) оценка фактического состояния природной среды; 5) прогноз изменения состояния природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды. 2. Какие задачи решает локальный агроэкологический мониторинг? Локальный агроэкологический мониторинг проводят в производственных условиях в опытно-показательных и базовых хозяйствах, расположенных в основных почвенно-климатических регионах страны. В его задачи входят: проведение систематических наблюдений за состоянием основных компонентов агроэкосистемы (почва — вода — растения) под влиянием интенсивного применения средств химизации, оценка и прогноз изменений состояния названных компонентов в зависимости от техногенных нагрузок, изучение и оценка высокоэффективных экологически безопасных технологических приемов в земледелии и разработка мер по их широкому применению в производственных условиях. 3. Какие показатели качества растениеводческой продукции используются в системе агроэкологического мониторинга? В процессе агроэкологического мониторинга фиксируют не только количество и качество урожая в конце вегетации, но данные по всем динамическим показателям его формирования (накопление биомассы; формирование листовой поверхности для последующего расчета использования фотосинтетического потенциала, развитие ассимиляционной поверхности листьев; изменение структуры агрофитоценоза и его оптико-биологическая характеристика с оценкой КПД использования лучистой энергии; закладка и реализация элементов продуктивности растений, накопление опасных элементов). Проведение таких наблюдений позволит уточнить сроки агротехнических и агрохимических мероприятий, контролировать развитие процессов формирования урожая. Зная оптимальные параметры отдельных элементов, можно регулировать их. 4. Дайте краткую характеристику организации информационных систем агроэкологического мониторинга. Какую роль играют ГИС? Геоинформационная система (ГИС) - система сбора, хранения, анализа и графической визуализации пространственных (географических) данных и связанной с ними информацией о необходимых объектах. Деградация среды обитания. ГИС с успехом используется для создания карт основных параметров окружающей среды. В дальнейшем, при получении новых данных, эти карты используются для выявления масштабов и темпов деградации флоры и фауны. Загрязнение. С помощью ГИС удобно моделировать влияние и распространение загрязнения от точечных и неточечных (пространственных) источников на местности, в атмосфере и по гидрологической сети. Результаты модельных расчетов можно наложить на природные карты, например, карты растительности, или же на карты жилых массивов в данном районе. Восстановление среды обитания. ГИС является эффективным средством для изучения среды обитания в целом, отдельных видов растительного и животного мира в пространственном и временном аспектах. ГИС имеет определенные характеристики, которые с полным правом позволяют считать эту технологию основной для целей обработки и управления информацией. Средства ГИС намного превосходят возможности обычных картографических систем, хотя естественно, включают все основные функции получения высококачественных карт и планов. В самой концепции ГИС заложены всесторонние возможности сбора, интеграции и анализа любых распределенных в пространстве или привязанных к конкретному месту данных. Если необходимо визуализировать имеющуюся информацию в виде карты, графика или диаграммы, создать, дополнить или видоизменить базу данных, интегрировать ее с другими базами - единственно верным путем будет обращение к ГИС. 5. В чём особенность проведения агроэкологического мониторинга на мелиорированных землях? В районах орошаемого земледелия требуется более обстоятельный учет влияния орошения, средств химизации и других факторов на плодородие почв, урожайность и качество получаемой продукции, минерализацию и загрязнение поверхностных и грунтовых вод. Задача мониторинга заключается в контролировании, оценке, прогнозировании и управлении состоянием основных показателей плодородия почвы и гидрогеологической среды с целью получения высоких и устойчивых урожаев хорошего качества при минимальных расходах воды и удобрений на единицу продукции, а также предотвращения загрязнения окружающей природной среды. Для осушенных почв мониторинг должен включать наблюдения за состоянием и изменением их во времени и в пространстве, оценку состояния почвенного покрова и прогноз возможных его изменений; разработку научно обоснованных непосредственно основными приемов регулирования определяющих процессами, их состояния плодородие. приводящими к На почв и режимов, осушаемых отрицательным землях экологическим последствиям, являются загрязнение растительной продукции нитратами, а кормов избыточным количеством калия, загрязнение почвы тяжелыми металлами, пестицидами и другими нежелательными компонентами. Особое значение приобретают процессы разрушения органического вещества, наблюдаемые прежде всего на торфяных почвах («сработка» торфа).
