Основы экологии
Основы экологии: от истоков к современности
Что такое экология?
Экология — это наука, изучающая взаимоотношения живых организмов между собой и окружающей средой. Термин был введен в научный оборот в 1866 году немецким биологом Эрнстом Геккелем, который определил ее место среди биологических наук, сформулировал предмет и задачи. Геккель, вдохновленный трудами Чарльза Дарвина, видел в экологии науку об «экономии природы», о взаимодействии организмов и окружающей среды, включая как органические, так и неорганические факторы.
Исторический обзор
Представления об экологии формировались задолго до Геккеля. Еще в античности философы, такие как Аристотель и Феофраст, обращали внимание на взаимосвязи между организмами и средой. В XIX веке Чарльз Дарвин в своей работе «Происхождение видов» (1859) заложил основы эволюционной теории, подчеркнув роль естественного отбора в борьбе за существование. Дарвин также выделил внутривидовую и межвидовую конкуренцию как важные факторы эволюции.
В России вклад в развитие экологической мысли внесли Карл Францевич Рулье, который читал курс «зооэтики», рассматривая взаимоотношения животных со средой, и Николай Алексеевич Северцов, исследовавший периодические явления в жизни животных.
Вклад в развитие экологической мысли внесли также Альфред Рассел Уоллес, Томас Мальтус, Александр Гумбольдт, Огюст Декандоль.
В XX веке экология развивалась как самостоятельная наука, выделяя такие направления, как аутэкология (экология особей), популяционная экология (экология популяций) и синэкология (экология сообществ).
Экологические факторы
Экологические факторы — это компоненты окружающей среды, оказывающие влияние на живые организмы. Их делят на абиотические (неживые) и биотические (живые). К абиотическим факторам относятся свет, температура, влажность, ветер и другие физикохимические параметры. Биотические факторы включают в себя внутривидовые и межвидовые отношения, такие как конкуренция, хищничество, паразитизм и симбиоз.
Каждый экологический фактор действует на организмы в определенных пределах, определяемых зоной толерантности. Организмы, способные выносить широкие колебания фактора, называются эврибионтами, а организмы, чувствительные к изменениям, — стенобионтами.
Среды жизни
Основными средами жизни на Земле являются вода, наземновоздушная среда, почва и живые организмы. В каждой из этих сред обитания организмы приспосабливаются к ее особенностям.
Водная среда характеризуется высокой плотностью, теплоемкостью и растворяющей способностью воды. В ней выделяют различные зоны, такие как литораль, сублитораль, батиаль и абиссаль.
Наземновоздушная среда характеризуется наличием воздуха, света, температуры и влажности. Растения адаптируются к этой среде, формируя различные жизненные формы, такие как светолюбивые, тенелюбивые и теневыносливые.
Почва является сложной средой, состоящей из минеральных частиц, органического вещества, воды и воздуха. Она служит местом обитания для множества организмов, играющих важную роль в почвообразовании.
Живые организмы могут служить средой обитания для паразитов, которые приспосабливаются к жизни в теле хозяина.
Популяции
Популяция — это совокупность особей одного вида, населяющих общую территорию и находящихся во взаимодействии между собой. Популяции имеют сложную структуру, включающую половую, возрастную, пространственную и этологическую структуру.
Численность популяции подвержена динамике, определяемой соотношением рождаемости, смертности, иммиграции и эмиграции. Рост численности популяции может описываться экспоненциальной или логистической моделями.
Экологические стратегии, такие как r-стратегия и К-стратегия, определяют способы, которыми виды приспосабливаются к условиям среды.
Биоценозы и экосистемы
Биоценоз — это сообщество живых организмов, населяющих определенный биотоп. Биоценоз вместе с биотопом образуют биогеоценоз, или экосистему.
Экологическая структура биоценоза определяется видовым составом, соотношением численности видов и их экологическими нишами.
В биоценозах существуют различные типы связей между организмами, такие как трофические (пищевые) связи, которые образуют пищевые цепи и сети.
Биологическая продуктивность
Биологическая продуктивность — это скорость создания органического вещества продуцентами. Она измеряется в единицах массы или энергии на единицу площади или объема за единицу времени. Первичная продукция создается растениями, вторичная — консументами.
Деградация почвы
Деградация почвы, вызванная эрозией, перевыпасом, сведением лесов и засолением, является серьезной экологической проблемой. Борьба с деградацией включает в себя контурную вспашку, узкополосный посев, создание полезащитных полос и террасирование.
Акклиматизация и интродукция
Акклиматизация — это приспособление организмов к новым условиям существования. Интродукция — это вселение новых видов в новую среду.
Эволюция биосферы
Биосфера — это область жизни на Земле. Она постоянно развивается, и ее эволюция связана с деятельностью живых организмов. Влияние человека на биосферу привело к формированию ноосферы — сферы разума, где человеческая деятельность становится геологической силой, преобразующей природу.
- ВО - Бакалавриат
- 00.03.12: Экология
- ВО - Специалитет
- 00.05.12: Экология
Рекомендовано Учебнометодическим объединением по классическому университетскому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 020400 «Биология»
Основы экологии Н. К. Христофорова Учебник 2023 Москва И М НФРА3е издание, дополненное
УДК 574 ББК 28.081 + 28.681 Х93 Р е ц е н з е н т ы: академик РАН, др биол. наук, проф. А. В. Адрианов (Институт биологии моря ДВО РАН, ДВФУ); чл.кор. РАН, др биол. наук, проф. В. В. Малахов (МГУ им. М. В. Ломоносова) Христофорова Н. К. Х93 Основы экологии : учебник. — 3е изд., доп. / Н. К. Христофорова. — Москва : Магистр : ИНФРАМ, 2023. — 640 с. (Бакалавриат) ISBN 9785977602723 (в пер.) ISBN 9785160067605 Агентство CIP РГБ В учебнике приведены сведения по истории формирования и развития экологии, показан вклад зарубежных и российских ученых в становление основных ее направлений; представлены организменный, популяционный, биоценотический и биосферный уровни экологии; рассмотрены основные экологические факторы, главные среды жизни и адаптации к ним организмов; в популяционной экологии наряду с традиционным изложением материала по статической и динамической характеристикам популяций более подробно рассматриваются r и К стратегии организмов, модели роста, сделан акцент на биологических механизмах регуляции численности популяций организмов, в том числе человека, рассмотрены акклиматизация и интродукция видов; показаны структура и функционирование биоценозов, роль сукцессий в их формировании, поток энергии через трофические уровни, экологические пирамиды. Дана концепция биосферы, раскрыта ее эволюция и распределение в ней жизни, изложено представление о биотическом круговороте и биогеохимических циклах элементов. Многие положения проиллюстрированы примерами. Третье издание дополнено новыми материалами, особенно по биосфере. Для студентов, обучающихся по экологическим и биологическим направлениям, аспирантов, учителей школ и старшеклассников, а также для всех интересующихся экологией. Электронная версия книги доступна в электронной библиотечной системе www.znanium.com УДК 574 ББК 28.081 + 28.681 ISBN 9785977602723 © Христофорова Н. К., 2013 ISBN 9785160067605 © Издательство «Магистр», 2013
Предисловие к первому изданию . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 От автора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 ГЛАВА 1 Экология как наука . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.1. Об Эрнсте Геккеле и его «экологии» . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.2. Краткий очерк истории экологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 От философов античности до середины XIX в. . . . . . . . . . 35 Российские основоположники экологии . . . . . . . . . . . . 47 Развитие экологии в последарвиновский период . . . . . . . 60 Становление биоценологических представлений . . . . . . . . 62 Начало трофодинамических исследований сообществ . . . . . 73 Развитие популяционной экологии . . . . . . . . . . . . . . . 77 1.3. Место экологии среди других биологических наук . . . . . . . . . . 83 1.4. Основные разделы экологии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 1.5. Учет организмов как специфический метод экологии . . . . . . . 88 1.6. Современное состояние экологии и значение экологического образования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 ГЛАВА 2 Экологические факторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2.1. Факторы среды и общие закономерности их действия на организмы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 2.2. Абиотические факторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Свет . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Природа света и световой режим . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Экологические группы растений по отношению к свету . . . . 108 Фотопериодизм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Миграции животных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 Температура . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Экологические группы организмов по отношению к температуре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 Основы экологии 5
Способы терморегуляции у животных . . . . . . . . . . . . . . . 123 Изменение размеров животных с изменением температурных климатических условий . . . . . . . . . . . . . 126 Спячка как адаптация к неблагоприятным условиям среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 Влажность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Водный режим наземновоздушных организмов . . . . . . . . 130 Экологические группы растений по отношению к влажности 134 Приспособления растений к режиму влажности . . . . . . . . 137 Приспособление наземных животных к режиму влажности . 139 Влияние климатических условий на распространение живых организмов. Климадиаграммы . . . . . . . . . . . . . . 141 2.3. Биотические факторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Внутривидовые отношения . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Внутривидовые адаптации. Конгруэнции . . . . . . . . . . . . . 152 Каннибализм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Самоизреживание растительных популяций . . . . . . . . . . 155 Межвидовые отношения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Конкуренция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Аллелопатия . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Симбиоз . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Мутуализм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Комменсализм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Паразитизм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Хищничество . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 ГЛАВА 3 Среды жизни . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 3.1. Водная среда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Общая характеристика . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194 Свойства воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 Влияние морских течений на распределение температур в водных массах и распространение организмов . . . . . . . 197 Экологические группы водных организмов . . . . . . . . . . 204 Адаптивные особенности водных растений . . . . . . . . . . 217 Адаптивные особенности водных животных . . . . . . . . . . 223 Осмос . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 Биофильтрация и ее экологическая роль . . . . . . . . . . . 227 Зональность водной среды . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 6 Основы экологии Оглавление
3.2. Наземновоздушная среда жизни . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234 Состав воздуха и его значение для жизни организмов . . . . 234 Осадки и адаптации к ним организмов . . . . . . . . . . . . 240 Снежный покров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 Ледовый покров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 Вечная мерзлота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 Влияние ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249 3.3. Почва как среда жизни . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 251 Свойства почв и их значение для живых организмов . . . . . 251 Типы почв . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Выщелоченная таежная почва, таежный подзол . . . . . . . . 261 Бурая лесная почва, или лесной бурозем . . . . . . . . . . . . 262 Тропические лесные красноземы . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 Почвы злаковников умеренной зоны, черноземы . . . . . . . 265 Серая пустынная почва, серозем . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 Засоленная пустынная почва, солончаки . . . . . . . . . . . . 267 Болотная почва, торф . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 Экологические группы почвенных организмов . . . . . . . . 269 Деградация почвы и борьба с эрозией и опустыниванием . . 279 Зоологическая мелиорация почв . . . . . . . . . . . . . . . 287 3.4. Живые организмы как среда обитания . . . . . . . . . . . . . . . 290 Виды паразитов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 Приспособления паразитов к условиям существования . . . . 291 Живой организм как место обитания . . . . . . . . . . . . . 298 3.5. Жизненные формы организмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 Жизненные формы растений . . . . . . . . . . . . . . . . . 303 Жизненные формы животных . . . . . . . . . . . . . . . . . 309 ГЛАВА 4 Популяции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 4.1. Разнообразие и классификация популяций . . . . . . . . . . . . . 314 Биологический полиморфизм в популяциях . . . . . . . . . 317 4.2. Структура популяций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 Половая структура популяций . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 Возрастная структура популяций . . . . . . . . . . . . . . . 323 Пространственная структура популяций . . . . . . . . . . . . 331 Этологическая структура популяций животных . . . . . . . . 343 Внутривидовые группировки — стаи, стада, колонии, гаремы 346 Основы экологии 7 Оглавление
4.3. Динамика численности популяций . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 Рост популяции . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 Биотический потенциал . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 370 Динамика численности популяции во времени . . . . . . . . . 371 Модели роста популяций . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 373 Типы экологических стратегий . . . . . . . . . . . . . . . . 381 4.4. Биологические механизмы регуляции численности . . . . . . . . 389 Ультиматум первичных факторов . . . . . . . . . . . . . . . 390 Действие сигнальных факторов . . . . . . . . . . . . . . . . 393 Стратегии развития человеческой популяции . . . . . . . . . 400 4.5. Акклиматизация и интродукция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 403 Формы акклиматизации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 408 ГЛАВА 5 Биоценозы. Биогеоценозы. Экосистемы . . . . . . . . . . . . . . . 413 5.1. Структура и характеристика биоценозов . . . . . . . . . . . . . . . 416 Видовая структура биоценоза . . . . . . . . . . . . . . . . . 416 Пространственная структура биоценоза . . . . . . . . . . . 422 Экологическая структура биоценоза . . . . . . . . . . . . . 429 Связи в биоценозе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 Экологическая ниша . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434 5.2. Функционирование биоценозов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 Поток энергии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 443 Перевариваемость и усвоение корма консументами . . . . . 445 Расход энергии на жизнедеятельность . . . . . . . . . . . . 447 5.3. Биологическая продуктивность экосистем . . . . . . . . . . . . . 451 Продукционнобиологические исследования . . . . . . . . . 451 Создание органического вещества . . . . . . . . . . . . . . 454 Бактериальный фотосинтез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 455 Хемосинтез . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 457 Первичная продукция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 461 Продуктивность степей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 464 Пастбищная дигрессия и восстановление степей . . . . . . . . 467 Вторичная продукция . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 471 Правило пирамид . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 Распад экосистемной пирамиды Баренцева моря . . . . . . . 479 Перелов промысловой ихтиофауны . . . . . . . . . . . . . . . . 480 Деградация птичьих базаров . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 481 8 Основы экологии Оглавление
Распад популяций морских млекопитающих . . . . . . . . . . . 482 Дисбаланс в биологических процессах экосистемы моря . . 482 5.4. Детрит и редуценты . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 483 5.5. Динамика биогеоценозов. Сукцессии . . . . . . . . . . . . . . . . 491 Развитие биоценозов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 491 Общие закономерности сукцессий . . . . . . . . . . . . . . 500 5.6. Биогеоценоз и экосистема . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 ГЛАВА 6 Биосфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509 6.1. Понятие о биосфере, ее границах и функционировании . . . . . 509 Вещество биосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 514 Распределение жизни в биосфере . . . . . . . . . . . . . . 514 6.2. Живое вещество и его функции в биосфере . . . . . . . . . . . . 528 Характеристика живого вещества . . . . . . . . . . . . . . 528 Функции живого вещества в биосфере . . . . . . . . . . . . 532 6.3. Стабильность биосферы. Круговорот веществ и элементов . . . 541 Круговорот воды на планете . . . . . . . . . . . . . . . . . 542 Биотический круговорот . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 546 Биогеохимические циклы элементов . . . . . . . . . . . . . 549 Круговорот фосфора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 550 Нарушение круговорота фосфора . . . . . . . . . . . . . . . . . 555 Круговорот серы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 561 6.4. Эволюция биосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569 Развитие биосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 569 Среда биосферы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 591 Новый этап в состоянии биосферы. Ноосфера . . . . . . . . 597 Список рекомендуемой литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 Предметный указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 621 Именной указатель . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 633 Оглавление
Похожие