Основы экологии - ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ - ЭКОЛОГИЯ. БИОСФЕРА

Предмет и задачи экологии, математическое моделирование в экологии. Экологические факторы. Деятельность человека как экологический фактор. Комплексное воздействие факторов на организм. Ограничивающие факторы. Фотопериодизм. Вид, его экологическая характеристика.

Популяция. Факторы, вызывающие изменение численности популяций. Способы ее регулирования.

Рациональное использование видов, сохранение их разнообразия. Биогеоценоз. Взаимосвязи популяций в биогеоценозе. Цепи питания. Правило экологической пирамиды. Саморегуляция. Смена биогеоценозов. Агроценозы. Повышение продуктивности агроценозов на основе мелиорации земель, внедрения новых технологий выращивания растений.

Охрана биогеоценозов.

Понятие о растительном сообществе. Взаимосвязи растений, животных, микроорганизмов и неживой природы в сообществе. Цепи питания. Ярусность надземная и подземная. Сезонные изменения сообщества.

Задание 63

• Повторить материал по теме, проанализировать схемы 65, 66, рисунок 145.

• Ответить на вопросы для самоконтроля.

• Выполнить контрольную работу № 70.

• Проверить по словарю знание терминов и понятий.

Вопросы для самоконтроля

• Что изучает экология?

• Как подразделяются экологические факторы?

• Что такое ограничивающий фактор?

• Что такое предел выносливости?

• Какие условия среды являются оптимальными?

• Что включают в себя абиотические факторы?

• Каково влияние температуры на растение?

• Как приспособлены растения к перенесению зимы и жаркого лета?

• Как влияют низкие температуры на жизнедеятельность холоднокровных (пойкилотермных) животных?

• Как влияют высокие температуры на жизнедеятельность теплокровных животных?

• Влияет ли высокая температура окружающей среды на продолжительность жизненного цикла растений и животных?

• Каково влияние температуры на растение?

• Какое значение в жизни животного имеет вода?

• Почему вода служит наиболее жестким ограничивающим фактором?

• Какие приспособления к жизни в безводных пустынях выработались у растений и животных?

• Какую роль играет свет в жизни живых организмов?

• Какова роль ультрафиолетовых, инфракрасных, видимых участков спектра лучей света в жизнедеятельности растений и животных?

• С чем связаны сезонные явления в природе?

• Как реагируют на сезонные изменения растения?

• Какие перестройки в жизненном цикле животных наступают весной и осенью?

• Что такое фотопериодизм?

• Какую роль в сезонных изменениях играет длина светового дня?

• Как изменяется длина светового дня при движении от экватора к полюсам?

• Где наблюдаются самые длинные дни — у экватора или у полюсов?

• Как связаны сезонные изменения у растений с фотопериодизмом?

• Почему астры, георгины, хризантемы цветут осенью?

• Какую роль играет управление длиной светового дня для тепличного хозяйства?

• Почему на птицефермах применяют дополнительное искусственное освещение?

• Какие факторы среды называют биотическими?

• Дайте определение экологической системы.

• Какие взаимоотношения складываются между организмами и окружающей средой?

• Какие взаимоотношения складываются у организмов между собой?

• Что такое цепи (сети) питания?

• Какова общая схема круговорота веществ в экологической системе?

• Что такое звено (пищевой уровень) в цепи питания?

• Почему пищевая цепь имеет не более 3-5 звеньев?

• В чем заключается правило экологической пирамиды?

• Из каких компонентов складывается биогеоценоз?

• Что такое продуценты, консументы, редуценты?

• Какие показатели используют для характеристики биогеоценоза?

• Что такое антропогенный фактор?

• В чем заключается положительное и отрицательное влияние человека на окружающий мир?

• Почему проблема охраны окружающей среды получила в наше время важнейшее международное значение?

Схема 65. Взаимосвязи в биогеоценозе

Схема 66. Взаимосвязи в биоценозе между продуцентами и консументами

Рис. 145. Экологические пирамиды:

1 — сужающаяся пирамида, 2 — перевернутая пирамида

Контрольная работа № 70

1. Какими факторами среды являются рельеф, климат, почва, воздух (антропогенные, биотические, абиотические)?

2. Какие факторы среды взаимодействуют в биоценозе (абиотические, биотические, антропогенные)?

3. Какие факторы среды взаимодействуют в биогеоценозе (абиотические, биотические, антропогенные)?

4. В какой геологической эре появились на Земле теплокровные животные (палеозойская, мезозойская, кайнозойская)?

5. Почему наступил биологический регресс холоднокровных животных (недостаток воды, недостаток пищи, похолодание, межвидовая борьба)?

6. С каким признаком приспособительной изменчивости организма связано появление теплокровности (волосяной покров, перьевой покров, легочное дыхание, четырехкамерное сердце)?

7. Что является для животных и растений сигналом к сезонным изменениям (температура, длина дня, взаимоотношения, количество пищи)?

8. Какие запасные вещества откладываются на зиму у животных (белки, жиры, углеводы); у растений (белки, жиры, углеводы)?

9. Каким растением является редис, если в начале и в конце лета он образует корнеплоды, а в середине лета цветет (короткодневное, длиннодневное)?

10. Какой из компонентов биоценоза наиболее подвержен изменениям (продуценты, консументы, редуценты)?

11. Что служит ограничивающим фактором в биоценозе (вода, свет, пища, почва, воздух); в биогеоценозе (вода, воздух, свет, пища, почва)?

12. Сколько процентов энергии переходит на каждый последующий пищевой уровень (1, 10, 100)?

Словарь основных терминов и понятий

Абиотические факторы (греч. «а» — отрицание, «биос» — жизнь) — элементы неживой природы: климат (температура, влажность, свет, воздух), почва, рельеф.

Агробиоценоз (греч. «агрос» — поле, «биос» — жизнь, «ценос» — общий) — искусственный, созданный человеком биоценоз. Он не способен существовать без вмешательства человека, не обладает саморегуляцией, но в то же время характеризуется высокой продуктивностью (урожайностью) одного или нескольких видов (сортов) растений (поле пшеницы, яблоневый сад, виноградник).

Анабиоз (греч. «анабиозис» — оживление) — временное состояние организма, при котором жизненные процессы (метаболизм) замедлены до минимума и отсутствуют все видимые признаки жизни. Характерен для беспозвоночных животных, бактерий, спор и семян растений. Применяется в медицине для сохранения сухих вакцин, органов и тканей, предназначенных для пересадки.

Антропогенный фактор (греч. «антропос» — человек) — воздействие человека на организмы через изменение их среды обитания как в прошлом, так и в настоящем, случайно или планомерно (вырубка леса, сбор полезных и уничтожение вредных растений, возделывание сельскохозяйственных культур, разведение и отстрел животных, загрязнение атмосферы и воды). Деятельность человека приводит к изменению природы как среды обитания всех живых организмов.

Биогеоценоз (греч. «биос» — жизнь, «гео» — земля, «ценос» — общий) — структурная и функциональная элементарная единица биосферы. Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва, свет). Например, озеро, сосновый лес, горная долина, речная пойма. Учение о биогеоценозе разработано В. Н. Сукачевым (1940).

Биологические ритмы — одно из основных свойств живой природы, состоящее в равномерном чередовании во времени каких- либо состояний организма. В процессе эволюции биологические ритмы возникли как чередование активности и покоя, ассимиляции и диссимиляции, повышения и понижения температуры тела, что связано с приспособлением к условиям окружающей среды: вращению Земли по отношению к Солнцу, звездам, Луне. Физиологические биоритмы — сокращение сердца, дыхательные движения — существенно изменяются в зависимости от состояния организма. Экологические биоритмы стабильны и соответствуют циклическим изменениям среды: смене дня и ночи, зимы и лета, света и темноты.

Биологические ритмы человека — циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов у человека как в течение суток, так и на протяжении года и всего жизненного периода. Суточные ритмы контролируются биологическими часами. Опыты показали, что у большинства людей в течение суток наступают два пика работоспособности: с 8 до 12 ч дня и с 17 до 19 ч. Человек наиболее пассивен с 2 до 5 ч и с 13 до 15 ч. Но наряду с этим есть люди, наиболее работоспособные вечером, и люди, работоспособные рано утром. Соответственно этому они ложатся спать и просыпаются. Изучение биологических ритмов человека позволяет выработать наиболее благоприятный режим труда и отдыха. Суточные изменения ритмов учитываются при лечении больных. Большое значение знание биоритмов имеет при работе на космических кораблях, подводных лодках, полярных станциях, где нет регулярной смены дня и ночи. Важно это и для людей, работающих круглосуточно, а также на транспорте. Привыкание (адаптация) к новым ритмам продолжается от двух дней до двух недель.

Биологические часы — способность организмов реагировать на чередование в течение суток периодов света и темноты определенной продолжительности (покой или активность у животных днем, ночью, в сумерках; суточные ритмы движения цветков и листьев; ритмичность деления клеток, движения цитоплазмы; световая и темновая фазы фотосинтеза и т. д.).

Биомасса — общее количество органического вещества всех особей биоценоза или вида с заключенной в нем энергией. Биомассу выражают обычно в единицах массы в пересчете на сухое вещество, единицу площади или объема. Биомассу можно определить отдельно для животных, растений или отдельных видов. Так, биомасса грибов в почве составляет 0,05-0,35 т/га, водорослей — 0,06-0,5, корней высших растений — 3,0-5,0, дождевых червей — 0,2-0,5, позвоночных животных — 0,001-0,015 т/га.

Биотические факторы (греч. «биос» — жизнь) — живые организмы, взаимодействующие и влияющие друг на друга (растения, животные, микроорганизмы). Живые организмы находятся в разнообразных взаимосвязях: это пищевые сети (цепи), среда обитания друг для друга, физические и химические влияния, способствующие выживанию или гибели.

Биоценоз (греч. «биос» — жизнь, «ценос» — общий) — сложившаяся в процессе эволюционного развития совокупность растений и животных, населяющих одну территорию, взаимно связанных в цепи питания и влияющих друг на друга в ходе борьбы за существование и естественного отбора (растения, животные и микроорганизмы, населяющие озеро, долину реки, сосновый лес).

Видимый свет — свет, составляющий около 45% спектра излучения Солнца. На свету у растений образуется хлорофилл и идет процесс фотосинтеза, благодаря чему зеленые растения обеспечивают планету органическим веществом и кислородом. При рассеянном свете (в пасмурные дни или при низком стоянии Солнца), когда в излучении, достигающем поверхности Земли, преобладают оранжево-красные лучи, процесс фотосинтеза идет наиболее интенсивно. Животные на свету ориентируются в пространстве, отыскивая пищу; свет регулирует их биологические ритмы. Видимый свет регулирует суточную активность и суточные ритмы — приспособления к дневному или ночному образу жизни. Для бесхлорофильных растений и некоторых животных свет не является обязательным условием жизни.

Видовое разнообразие биоценоза. Представлено всеми группами организмов — продуцентами, консументами и редуцентами. Нарушение какого-либо звена в цепи питания вызывает нарушение биоценоза в целом. Например, вырубка леса приводит к изменению видового состава насекомых, птиц, а следовательно, и зверей. На безлесном участке будут складываться другие цепи питания и сформируется другой биоценоз, что займет не один десяток лет.

Влаголюбивые организмы — растительные и животные организмы, частично связанные с водной средой или обитающие в местах повышенного увлажнения. Из растений это гигрофиты рис, тростник, осоки, болотные растения (росянка, мхи, клюква); из животных — земноводные, некоторые пресмыкающиеся, водоплавающие птицы, насекомые.

Вода — важнейший экологический фактор, без которого невозможна жизнь как растений, так и животных; вода — это источник кислорода при фотосинтезе, среда для физиологических и биохимических процессов в клетках организмов, химический компонент цитоплазмы, вакуолей, органелл, ядра; осморегулятор, терморегулятор, универсальный растворитель и, наконец, место обитания многих организмов. Вода играет огромную роль в формировании погоды и климата. Она определяет фенотип растений и образ жизни животных. Без воды человек не может прожить более 8 дней. Нехватка пресной воды, возникшая в результате расхищения природных богатств в ряде стран, в настоящее время носит очень острый характер.

Воздух — важнейший фактор среды, образующий атмосферу. Его химический состав сложился в ходе эволюции Земли. Воздух содержит (%): азота — 78,08, кислорода — 20,95, аргона — 0,93, углекислый газ — 0,03, примесей других газов — 0,2, водяных паров — 2,6. Главный элемент среды обитания для ясивотных — свободный кислород, а единственный на Земле производитель кислорода — зеленое растение, которое выделяет его в процессе фотосинтеза. Без кислорода невозможны такие процессы, как горение, выплавка металла, промышленное получение многих химических соединений. Однако использование кислорода в этих процессах вызывает загрязнение атмосферы промышленными выбросами, выхлопными газами транспортных средств, а это приводит к повышению содержания в воздухе углекислого газа, сероводорода, оксида серы (IV), оксида азота, оксида углерода (II). Загрязнение атмосферы отрицательно сказывается не только на окружающей природе, но и на здоровье человека, вызывая мутационные изменения и заболевания. Увеличение концентрации углекислого газа в воздухе способствует созданию на Земле «парникового эффекта», что в конечном счете приведет к повышению температуры воздуха, таянию льдов, затоплению части суши.

Восстановление биоценоза — естественное развитие устойчивой экологической системы, которое проходит в несколько этапов на протяжении десятков лет (после вырубки или пожара еловый лес восстанавливается более чем 100 лет). Искусственное восстановление биоценоза — комплекс мероприятий, обеспечивающий восстановление биоценоза путем посева семян, посадки саженцев деревьев, возвращения исчезнувших животных.

Гетеротермные животные — теплокровные животные, у которых в активном состоянии поддерживается относительно высокая температура тела, а в неактивном — такая же, как в окружающей среде. К таким животным относятся примитивные млекопитающие — яйцекладущие (утконос, ехидна), сумчатые (кенгуру, коала), а из высших млекопитающих — животные, впадающие в спячку, — медведи, ежи, суслики, летучие мыши.

Зимний покой — приспособительное свойство многолетнего растения, для которого в зимнее время характерно прекращение видимого роста и жизнедеятельности (отмирание надземных побегов у травянистых и опадение листьев у древесных и кустарниковых растений).

Зимняя спячка — приспособление животных к перенесению суровых условий зимнего времени (зимний сон барсука, медведя, грызунов, ежей, когда метаболизм замедлен).

Инфракрасные лучи — лучи, составляющие около 45% излучения Солнца. Инфракрасным излучением особенно богат прямой солнечный свет. Поглощаясь твердыми телами, жидкостями, телами растений и животных (особенно холоднокровных), они повышают их температуру. Человеческим глазом эти лучи не воспринимаются.

Исчезающая популяция — популяция, численность которой снизилась до минимума. К концу XIX в. такой популяцией считался североамериканский бизон, в Европе — лебедь-шипун; в первой половине XX в. — сумчатый медведь коала (Австралия). В результате мер, принятых по охране этих видов, их численность восстановлена до желаемого уровня.

Климаксное сообщество — биоценоз, сложившийся в данной местности при отсутствии вмешательства извне и остающийся неизменным до тех пор, пока не возникают внешние нарушения.

Климатические факторы — абиотические факторы среды, связанные с поступлением солнечной энергии, направлением ветров, соотношением влажности и температуры.

Колебание численности популяции — сменяющее друг друга увеличение или уменьшение в определенных пределах числа особей в популяции, происходящее в связи с изменением сезона, колебаниями климатических условий, урожая кормов, стихийными бедствиями. Благодаря регулярному повторению их называют также волнами жизни, или популяционными волнами. Чем беднее видами биоценоз, тем больше возможный размах таких колебаний. Так, в лесах, состоящих из одной породы деревьев, наблюдается массовое размножение насекомых-вредите- лей; в пустынях появляются гигантские стаи саранчи.

Консументы (лат. «консумо» — потреблять, расходовать) — растительноядные и плотоядные животные, потребители органического вещества. В цепи питания они чаще всего могут иметь порядковый номер с I по IV.

Морозостойкость — способность растения переносить низкие отрицательные температуры как. в течение всей зимы, так и во время весенне-летних заморозков. Растения тундры и высокогорий наиболее морозостойки благодаря высокому содержанию сахаров в клеточном соке и малому содержанию воды. Из-за низкой морозостойкости многие овощные культуры высаживаются в открытый грунт в виде рассады и лишь после периода последних (июньских) заморозков (огурцы, помидоры, капуста).

Обитатели мест недостаточного увлажнения — растения и животные пустынь и полупустынь. К ним относятся ксерофиты — дерево саксаул, верблюжья колючка, в Африке — молочаи, в Америке — кактусы. Эти растения по-разному приспособились к жизни в условиях сухости, обычно они безлистны: листья превратились в колючки или чешуи. Ксерофиты подразделяются на две группы: эуксерофиты, у которых корни достигают водоносного горизонта, а в пустыне это около 20 м (верблюжья колючка) и суккуленты, имеющие поверхностные корни и утолщенные стебли (кактус) или листья (алоэ). Из животных в этих местообитаниях живут змеи, черепахи, ящерицы, скорпионы, тарантулы, а также верблюды, курдючные овцы, суслики, тушканчики и др.; холоднокровные животные в жаркий период впадают в оцепенение, теплокровные получают воду за счет расщепления жира.

Обитатели мест умеренного увлажнения — это растения и животные лесов, лугов, полей, садов, парков (лиственные и хвойные породы деревьев, плодово-ягодные культуры, хлебные и луговые злаки, овощные культуры — мезофиты и обитающие в этих сообществах звери, птицы, насекомые и другие животные).

Ограничивающий фактор — фактор среды, выходящий за пределы выносливости организма, т. е. за пределы допускаемого минимума или максимума, при этом его ограничивающая роль может быть временной и зависит от стадии развития организма (в период размножения и начала развития все животные и растения очень чувствительны к низким температурам, взрослые же особи их легко переносят).

Оптимальный фактор (лат. «оптимус» — наилучший) — наиболее благоприятная для организма интенсивность экологического фактора — света, температуры, воздуха, почвы, влажности, пищи и т. д.

Первичная биологическая продуктивность биоценозов — общая суммарная продуктивность фотосинтеза, представляющая собой результат деятельности автотрофов — зеленых растений. Так, сосновый лес 20-30-летнего возраста за год производит 37,8 т/га биомассы. Вторичная биологическая продуктивность биоценозов — это общая суммарная продуктивность гетеротрофных организмов (консументов), которая образуется за счет использования веществ и энергии, накопленных продуцентами. Консументы могут быть растительноядными, когда они непосредственно используют продуценты, или плотоядными, когда они питаются другими животными.

Пирамида численности — экологическая пирамида, отражающая число особей на каждом пищевом уровне. Пирамида чисел не всегда дает четкое понятие о структуре пищевых цепей, так как в ней не учитываются размеры и масса особей, продолжительность жизни, интенсивность обмена веществ, но главная тенденция — уменьшение числа особей от звена к звену — в большинстве случаев прослеживается. Так, в степной экосистеме была установлена следующая численность особей: продуценты — 150 000, травоядные консументы — 20 000, плотоядные консументы —; 9000 экз/ар (Одум, 1975), что в пересчете на гектар составит цифры в 100 раз большие. Биоценоз луга характеризуется следующей численностью особей на площади 4 тыс. м²: продуцентов — 5 842 424, растительноядных консументов I порядка — 708 624, плотоядных консументов II порядка — 35 490, плотоядных консументов III порядка — 3.

Пирамида энергии — выражает закономерность, согласно которой поток энергии постепенно уменьшается и обесценивается при переходе от звена к звену в цепи питания. Так, в биоценозе озера зеленые растения — продуценты — создают биомассу, содержащую 295,3 кДж/см², консументы I порядка, потребляя биомассу растений, создают свою биомассу, содержащую 29,4 кДж/см²; консументы II порядка, используя в пищу консументов I порядка, создают свою биомассу, содержащую 5,46 кДж/см². Потеря энергии при переходе от консументов I порядка к консументам II порядка, если это теплокровные животные, увеличивается. Это объясняется тем, что у данных животных много энергии уходит не только на построение своей биомассы, но и на поддержание постоянства температуры тела. Знание потерь энергии в цепях питания дает возможность оценить, насколько экономически выгодно выращивать то или иное животное, возделывать то или иное растение. Одни животные более полно используют энергию, заключенную в пище, на свой прирост, т. е. характеризуются наибольшим коэффициентом использования энергии. К таким животным относятся свиньи и куры. Если сравнить выращивание теленка и окуня, то одинаковое количество затраченной пищевой энергии даст 7 кг говядины и лишь 1 кг рыбы, так как теленок питается травой, а окунь-хищник — рыбой.

Пищевая сеть — совокупность пищевых взаимоотношений между видами в экосистеме. Этот термин отражает сложность пищевых отношений между организмами в экологической системе, поскольку в состав пищи каждого вида входит не один, а несколько видов, каждый из которых может служить пищей нескольким другим видам. Упрощенно пищевую сеть можно представить себе как систему переплетающихся пищевых цепей.

Пищевая цепь (трофическая цепь, цепь питания) — цепь взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества; при этом каждое предыдущее звено цепи является пищей для последующего ее звена. На схемах перенос энергии в цепи обозначается стрелкой, направленной от предыдущего звена к последующему (т. е. от поедаемого к поедающему, а не наоборот!). В пищевой цепи при переходе от звена к звену теряется до 90% энергии (рассеивается в виде тепла), поэтому число звеньев в цепи обычно не превышает пяти. Понятно, что чем длиннее пищевая цепь, тем меньшую величину составляет отношение продукции ее последнего звена к продукции начального. Несмотря на то что понятие пищевой сети более полно отражает сложность пищевых отношений в сообществе, понятие «пищевая цепь» сохраняет свое значение, особенно в тех случаях, когда возможно разнести всех членов сообщества по отдельным звеньям этой цепи — трофическим уровням. Различные виды пищевых цепей имеют свои особенности: 1. В пастбищной цепи (цепи выедания) основным источником пищи служат зеленые растения. Например: трава — насекомые — земноводные — змеи — хищные птицы. 2. Детритные цепи (цепи разложения) обязательно проходят через отмершую биомассу. Например: листовой опад — дождевые черви — бактерии. Особенностью детритных цепей является также то, что в них часто продукция растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает и минерализуется сапрофитами. Детритные цепи характерны также для экосистем океанических глубин, обитатели которых питаются мертвыми организмами, опустившимися вниз из верхних слоев воды. 3. Особенностью пищевых цепей паразитов является то, что они могут начинаться как с продуцентов (яблоня — щитовка — наездник), так и с консументов (корова — паразитические черви — простейшие — бактерии — вирусы).

Пищевой уровень — см. Трофический уровень.

Плотность популяции — количество особей данного вида на единице площади или в единице объема среды.

Правило пирамиды биомасс — закономерность, согласно которой количество растительного вещества, служащего основой цепи питания (продуцентов), примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных (консументов I порядка), а масса растительноядных животных в 10 раз больше, чем плотоядных (консументов II порядка), т. е. каждый последующий пищевой уровень имеет массу в 10 раз меньшую, чем предыдущий.

Предел выносливости — граница, за пределами которой существование организма невозможно. Для всех организмов и для каждого вида существуют свои границы по каждому экологическому фактору отдельно, т. е. разная величина толерантности (выносливости). Эврибионты имеют широкую экологическую амплитуду, стенобионты — узкую.

Продуктивность биосферы — общий прирост биомассы Земли за 1 год. По данным Р. Уиттекера (1980), ежегодная первичная продукция растений составляет 170 ∙ 10⁹ т (сухая масса) и заключает около 300-500 ∙ 10²¹ Дж энергии. Наибольшая часть этой продукции приходится на долю растительных сообществ суши — 117 ∙ 10⁹. Из них леса дают 74 ∙ 10⁹ т, особенно леса тропической зоны. Продукция животных (вторичная) составляет 3934 ∙ 10⁶ т, из них около 909 ∙ 10⁶ т — на суше и 3025 ∙ 10⁶ т — в Мировом океане.

Продуценты (лат. «продуцентис» — производящий) — автотрофные организмы (в основном зеленые растения) — единственные производители органического вещества на Земле. Богатое энергией органическое вещество в процессе фотосинтеза синтезируется из бедных энергией неорганических веществ (Н₂О и СО₂).

Промысловая популяция — популяция, добыча особей которой экономически оправдана и не приводит к подрыву ее ресурсов.

Растения длинного дня — растения умеренных и приполярных широт, для цветения и плодоношения которых необходим 16-20-часовой день. Так, редис цветет в середине лета при длинном дне, в начале лета и осенью (при коротком дне) он образует корнеплод. Следовательно, для получения корнеплодов его надо выращивать при коротком дне, а для получения семян — при длинном. К растениям длинного дня относятся пшеница, рожь, овес, ячмень, лен, береза, лиственница и др.

Растения короткого дня — растения тропических широт. Для их цветения и плодоношения требуется 8-12-часовой день. Это южные культуры (хлопчатник, хризантемы). Однако и в умеренных широтах бывают короткодневные растения, которые когда-то были привезены из тропических стран. Они цветут рано весной или во второй половине лета. К их числу относятся огурец, арбуз, рис, соя, гречиха, подсолнечник, просо, конопля.

Редуценты (лат. «редуцере» — уменьшение, упрощение строения) — гетеротрофные микроорганизмы (бактерии) и грибы — разрушители органических остатков, деструкторы. Их еще называют санитарами Земли.

Саморегуляция в биогеоценозе — способность к восстановлению и поддержанию внутреннего равновесия биологического круговорота веществ в биогеоценозе после какого-либо природного или антропогенного влияния (ураган, пожар, наводнение, вырубка леса, земляные работы, вытаптывание).

Свет — один из важнейших экологических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Главный источник света на Земле — Солнце. В спектре его лучей выделяют три области: ультрафиолетовую (длина волны менее 0,290 мкм), видимую (0,400-0,800 мкм) и инфракрасную (длина волны более 0,750 мкм). Поступление света на Землю носит циклический характер. Различают циклы суточные и годовые.

Сезонный ритм — регулируемая фотопериодом реакция организмов на изменение времени года. При наступлении осеннего короткого дня опадают листья с деревьев, готовятся к перезимовке или мигрируют животные, улетают птицы. При наступлении весеннего длинного дня начинается возобновление растений, восстановление жизненной активности животных, возвращение перелетных птиц и мигрирующих животных.

Сети питания — сложившиеся в процессе эволюции взаимоотношения в экологических системах, при которых многие компоненты питаются разными объектами и сами служат пищей различным членам экосистемы.

Смена биогеоценоза — преемственное естественное поступательное развитие экологической системы, при котором одни биоценозы сменяются другими: например, на месте лесов образуются болота, на месте болот — луга. Это происходит потому, что жизнедеятельность видов постепенно изменяет их собственную среду обитания (микроклимат, почву, водный режим и т. д.). В одних экосистемах этот процесс идет быстро, в других — медленно (коренные биоценозы). Смена биогеоценозов может быть вызвана также стихийными бедствиями (пожар, паводок, ветровал, массовое размножение вредителей) или деятельностью человека (вырубка леса, осушение или орошение земель, земляные работы).

Среда обитания — все условия живой и неживой природы, образующие устойчивую систему, в которой существует организм и которая прямо или косвенно влияет на состояние, развитие и размножение как отдельного организма, так и популяции.

Сукцессия (лат. «сукцессио» — преемственность) — процесс развития сообщества в направлении повышения его устойчивости. Экологическая сукцессия проходит несколько стадий, конечной ее точкой является климаксное сообщество. Для сукцессии характерно увеличение разнообразия видов, усложнение трофических цепей, увеличение биомассы. Сукцессия завершается тогда, когда приход энергии в сообщество становится равен ее потреблению. Полная сукцессия (т. е. завершающаяся климаксным сообществом) называется серией. Различают гидросерию — сукцессию в водной среде; ксеросерию — сукцессию на сухих почвах; галосерию — происходящую в условиях засоления; литосерию — сукцессию на каменистой поверхности. Сукцессия может быть первичной или вторичной. Первичная заключается в формировании нового биогеоценоза на первично свободном субстрате (например, на вновь возникшем вулканическом острове) и последовательной смене одного биоценоза другим. Вторичная происходит при повреждении уже существующих сообществ (например, в результате бури, пожара, повреждений, нанесенных человеком, — вырубки леса, выпаса скота).

Суточные ритмы — регулярно, с суточной периодичностью происходящие изменения действия абиотических факторов среды и соответственно этому — жизнедеятельности живых организмов: дыхания, фотосинтеза, транспирации, движения, покоя, питания, размножения, деления клеток и т. д.

Температура (лат. «температура» — состояние, соразмерность) — степень нагретости тела, характеристика его теплового состояния, измеряемая с помощью специального прибора термометра (греч. «термос» — теплый). Высокая температура может приводить к денатурации белков в клетках растений и животных. Низкая температура вызывает образование кристаллов льда, обезвоживание и травмирование клеток, снижение иммунитета (свободное проникновение через мембрану болезнетворных микроорганизмов). Тепловые условия играют главнейшую роль в жизни растений и животных, неспособных поддерживать температуру своего тела.

Теплокровные, или гомойотермные, животные (греч. «гомойос» — подобный; «терме» — тепло) — животные, температура тела которых постоянна и в основном не зависит от окружающей среды. Теплокровность является крупнейшим ароморфозом в эволюции животных. Она возникла благодаря разделению сердца на четыре камеры, в которых артериальная кровь не смешивается с венозной и более насыщена кислородом. Одновременно с этим выработались системы физической терморегуляции: защита от охлаждения (покровы тела в виде пуха, шерсти, подкожного жира), защита от перегревания (потовые железы). Усилился процесс метаболизма, увеличилось количество потребляемой пищи, особенно зимой при активном образе жизни. Температура тела птиц — 40 °С, млекопитающих — 35-39 °С, однако у примитивных видов (ехидна, утконос) температура тела всего 25-30 °С, она зависит от температуры окружающей среды. Теплокровность позволила многим видам животных обитать в любых природных зонах: холодных, умеренных, тропических.

Теплолюбивые животные — животные, существующие в горячих источниках, и виды, обитающие только в условиях высоких температур (при более низких они погибают). Коралловые полипы живут лишь в теплых морях, человекообразные обезьяны (горилла, орангутан и др.), жирафы, крокодилы — в условиях высоких положительных температур. При температуре воды 52 °С существует рыба ципринодон пятнистый; при 70-80 °С — моллюски, ракообразные, насекомые горячих источников.

Теплолюбивые растения — растения, которые не выносят температуру ниже 18-20 °С. Это растения тропиков и субтропиков, которые в странах умеренного пояса выращивают в оранжереях и называют экзотическими (греч. «экзотикос» — иноземный). Большинство комнатных декоративных растений также экзотические и в условиях открытого грунта в большинстве районов нашей страны не растут (фикус, монстера, бегонии, пальмы, лимоны, кактусы, фуксия и др.).

Толерантность (лат. «толеранция» — терпение) — способность организмов выносить отклонение факторов среды от оптимальных значений. Закон толерантности (В. Шелфорд, 1915) гласит: отсутствие или невозможность обитания вида определяется как недостатком, так и избытком любого из факторов среды, имеющих уровень, близкий к пределам выносливости данного организма.

Трофическая сеть — см. Пищевая сеть.

Трофический уровень (пищевой уровень) — совокупность организмов, объединяемых типом питания. Представление о трофическом уровне позволяет понять динамику потока энергии в экосистеме. Первый трофический уровень занимают продуценты (растения), второй — консументы I порядка (растительноядные животные), третий — консументы II порядка (хищники, питающиеся растительноядными животными), четвертый — консументы III порядка (вторичные хищники). Организмы разных пищевых цепей, но получающие пищу через равное число звеньев этих цепей, находятся на одном трофическом уровне. В то же время различные популяции одного и того же вида, входящие в различные пищевые цепи, могут находиться на разных трофических уровнях. Соотношение различных трофических уровней в экосистеме можно изобразить графически в виде экологической пирамиды (см. рис. 145).

Трофические цепи (греч. «трофе» — питание) — см. Пищевая цепь.

Ультрафиолетовые лучи — лучи, составляющие около 10% спектра излучения Солнца. Они по-разному влияют на организмы: коротковолновые в небольших дозах полезны человеку и животным, способствуя образованию у них витамина D; средневолновые ультрафиолетовые лучи губительно действуют на микроорганизмы и убивают болезнетворные бактерии; длинноволновые усиливают процесс фотосинтеза, участвуют в отведении избыточного тепла от поверхности листьев.

Фитоценоз (от греч. «фитон» — растение, «ценоз» — общий) — растительное сообщество, исторически сложившееся в результате сочетания взаимодействующих растений на однородном участке территории. Его характеризуют определенный видовой состав, жизненные формы, ярусность (надземная и подземная), обилие (частота встречаемости видов), размещение, аспект (внешний вид), жизненность, сезонные изменения, развитие (смена сообществ).

Фотопериодизм (греч. «фотос» — свет) — реакция организмов на продолжительность дня. По реакции на продолжительность дня растения и животные подразделяют на длиннодневные, короткодневные и нейтральные. Знание фотопериодических реакций дает возможность регулировать в теплицах продолжительность освещения и быстро выращивать рассаду, овощи, выгонять цветы. На птицефабриках удлинение светового дня способствует повышению яйценоскости кур, уток, гусей. В шелководческих хозяйствах тутовому шелкопряду создают короткий день для ускорения его развития, для чего бабочек содержат в темных помещениях.

Холоднокровные, или пойкилотермные, животные (греч. «пойкилос» — различный, «терме» — тепло) — виды, температура тела которых зависит от температуры окружающей среды и изменяется вместе с ней. Такое приспособительное свойство животных выработалось в процессе эволюции как адаптация к условиям среды. Эти животные активны лишь с наступлением тепла, зимой же и в сильную жару они впадают в оцепенение, обходятся без пищи, метаболизм у них замедлен. К их числу относятся все беспозвоночные животные, а также рыбы, пресмыкающиеся, земноводные. Рыбы и лягушки зимой зарываются в ил; змеи в пустынях охотятся ночью, когда прохладно, а днем прячутся.

Холодолюбивые животные — виды, обитающие в условиях низких температур, в ледяной воде, в снегу. К ним относятся овцебык, белый медведь, моржи, тюлени, пингвины, многие виды рыб.

Холодостойкость — способность растений переносить низкие положительные температуры (от 1 до 10 °С) и не терять жизнеспособности при заморозках. Холодостойкость увеличивается в процессе онтогенеза. Растения, обитающие в южных районах страны, благодаря холодостойкости могут произрастать и в более северных широтах. Это такие культуры, как кукуруза, дыни, арбузы, виноград и др., но их возделывание связано с более поздними сроками посева, после июньских заморозков, и защитными мероприятиями.

Цепи питания — цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества. Каждое предыдущее звено является пищей для следующего (травянистое растение — растительноядное насекомое — лягушка — змея — хищная птица).

Экологическая пирамида — способ графического отображения соотношения различных трофических уровней в экосистеме (см. рис. 145). Может быть трех типов: 1) пирамида численности — отражает численность организмов на каждом трофическом уровне; 2) пирамида биомассы — отражает биомассу каждого трофического уровня; 3) пирамида энергии — показывает количество энергии, прошедшее через каждый трофический уровень в течение определенного промежутка времени. Первые два типа пирамид имеют ряд существенных недостатков. Построение пирамиды численности может быть затруднено в том случае, если разброс численности организмов разных уровней оказывается чрезвычайно велик. (Например, 500 тысячам злаков в основании пирамиды может соответствовать один конечный хищник.) Кроме того, пирамида может оказаться перевернутой (в том случае, если продуцент очень крупный, или в том случае, если большое число паразитов питаются на немногочисленных консументах). Пирамида биомасс отражает состояние экосистемы на момент отбора пробы и, следовательно, показывает соотношение биомассы в данный момент и не отражает продуктивность каждого трофического уровня (т. е. его способность образовывать биомассу в течение определенного промежутка времени). Поэтому в том случае, когда в число продуцентов входят быстрорастущие виды, пирамида биомасс также может оказаться перевернутой. Этих недостатков лишена пирамида энергии. Она позволяет сравнить продуктивность различных трофических уровней, поскольку учитывает фактор времени. Кроме того, она учитывает разницу в энергетической ценности различных веществ (например, 1 г жира дает почти в два раза больше энергии, чем 1 г глюкозы). Поэтому пирамида энергии всегда суживается кверху и никогда не бывает перевернутой.

Экологическая пластичность — степень выносливости организмов или их сообществ (биоценозов) к воздействию факторов среды. Экологически пластичные виды имеют широкую норму реакции, т. е. широко приспособлены к разной среде обитания (рыбы колюшка и угорь, некоторые простейшие живут как в пресных, так и в соленых водах). Узкоспециализированные виды могут существовать лишь в определенной среде: морские животные и водоросли — в соленой воде, речные рыбы и растения лотос, кувшинка, ряска обитают только в пресной воде.

Экологическая система — сообщество живых организмов и среды их обитания, составляющее единое целое на основе пищевых связей и способов получения энергии. Экосистема — понятие, безотносительное к определенному пространству и времени, применимо как к капле воды, так и к биосфере и может охватывать длительный исторический период или всего несколько дней.

Экологические факторы — отдельные элементы среды обитания, взаимодействующие с организмом и создающие условия для его существования. Интенсивность экологических факторов неодинакова (минимальная, оптимальная, максимальная).

Экология (греч. «ойкос» — жилище, «логос» — наука) — наука о закономерностях взаимоотношений организмов (популяций, видов, сообществ) между собой и со средой обитания. Термин предложен в 1866 г. немецким ученым Э. Геккелем.

Эффективные температуры — температуры, лежащие выше нижнего порога развития и не выходящие за пределы верхнего. Семена начинают прорастать лишь при определенной сумме эффективных температур, переход к цветению у растений также сопряжен с определенной температурой. Жизнь растений возможна в пределах от 0 до +40-45 °С. У крупного рогатого скота снижение температуры окружающей среды до +7° С приводит к нарушению плодовитости. Наиболее высокие эффективные температуры наблюдаются в тропиках, поэтому там и наибольшая плотность жизни; при продвижении к полюсам плотность жизни уменьшается.

Ярусность (этажность) — один из характерных признаков растительного сообщества, заключающийся как бы в поэтажном его разделении как в надземном, так и в подземном пространстве. Надземная ярусность позволяет лучше использовать свет, а подземная — воду и минеральные вещества. Обычно в лесу можно выделить до пяти ярусов: верхний (первый) — высокие деревья, второй — невысокие деревья, третий — кустарники, четвертый — травы, пятый — мхи. Подземная ярусность — зеркальное отражение надземной: глубже всех уходят корни деревьев, близ поверхности почвы расположены подземные части мхов.