Ґрунтове середовище

· Ґрунт, як жодне інше середовище, — густо заселений різними тваринами і мікроорганізмами, залишається при цьому основним життєвим субстратом для рослин. Ґрунтова фауна, або едафон, включає представників багатьох найвищих за ранґом таксонів. Відомо, що близько 90% видів комах на тих чи інших стадіях свого онтогенезу пов'язані з ґрунтом. В особливо сприятливих для життя умовах на 1 м2 шару ґрунту і підстилки налічується до 1,5 більйона найпростіших, до 20 млн нематод. Ґрунт став місцем проживання не лише безхребетних. У земляних сховищах багато хребетних навіть виводять нове потомство. Серед них і земноводні, і птахи, і ссавці. На окремих лісових ділянках порожнини нір крота становлять до 15% площі. Кроти, утворюючи в ґрунті численні ходи, спушують ґрунт, поліпшують його фізичні й водні властивості. В земляних нірках гніздяться берегові ластівки, рибалочки, бджолоїдки. Різноманітний і багатий органічний світ ґрунту відіграє важливу роль у його трансформації. Прискорюючи розклад і загальний кругообіг речовин, ґрунтові редуценти, тобто тварини, які живляться мертвими органічними речовинами, що розкладаються, збагачують ґрунт органічними сполуками, поліпшують його фізичні властивості: структуру, водопроникність, аерацію, а отже, умови мінерального і водного живлення, росту і кореневого дихання рослин. За хімічним складом ґрунт суттєво відрізняється від своєї материнської породи. Він складається з мінеральних, органічних і органо-мінеральних речовин. Головною особливістю хімічного складу ґрунту с наявність у ньому специфічної групи органічних речовин — гумусових. Визначальним для генезису ґрунтів та їх родючості є ґрунтовий розчин, який бере участь у процесах перетворення (руйнування і синтез) мінеральних і органічних речовин, переміщення вертикальними профілями різноманітних продуктів ґрунтоутворення, а головне — у живленні рослин. Тому дуже важливо знати його склад та властивості (реакцію, буферність, осмотичний тиск) і динаміку.

11. Поняття про популяцію. Показники популяції. Типи структур популяції.

Популяція - це сукупність особин певного виду, які здатні до вільного схрещування, населяють певний простір і відокремлені від інших подібних угруповань. Ознаки популяції: чисельність, густота, біомаса, народжуваність, смертність, приріст. Чисельність популяції - кількість особин, які входять до її складу. Густота популяції визначається середнім числом особин, що припадає на одиницю площі або об’єму, який вона займає. Біомаса - маса особин популяції, що припадає на одиницю площі або об’єму. Народжуваність - число особин популяції, які народжуються за одиницю часу, смертність - кількість особин, яка гине за цей самий час. Різниця між народжуваністю і смертністю становить приріст популяції.

Кожна популяція характеризується певною структурою: статевою, віковою, просторовою, етологічною. Структура популяції має пристосувальний характер, бо є наслідком взаємодії особин виду та екологічних факторів. Вона динамічна, тобто змінюється при зміні умов довкілля. Статева структура залежить від співвідношення особин різних статей, а вікова - від розподілу особин за віковими групами. Це дуже важливий показник, який характеризує стан популяції. Так, різке скорочення частки нестатевозрілих особин свідчить про зниження чисельності популяції в майбутньому, коли ці особини стануть статевозрілими і дадуть малочисельне потомство. В останні десятиліття відбуваються зміни вікового складу популяцій людей у бік збільшення групи похилого віку.

Розподіл особин популяції по території, яку вона займає, визначає її просторову структуру. Лише інколи особини однієї популяції, розподілені рівномірно (деякі рослини, вусоногі раки, багатощетинкові черви тощо). Найчастіше їхній розподіл нерівномірний унаслідок різних умов існування в різних частинах території, яку займає популяція або через особливості виду (здатність утворювати скупчення: зграї, табуни, переміщення до місць розмноження).

Етологічна структура популяцій тварин - це система взаємозв’язків між особинами, що проявляється у поведінці. Особинам різних видів властивий поодинокий або груповий спосіб життя. В першому випадку особини популяції більш-менш відокремлені просторово і збираються групами лише на період розмноження (скорпіони, павуки). Груповий спосіб життя пов’язаний з утворенням постійних родин, колоній, табунів, зграй. Тваринам сумісний спосіб життя в стадах і зграях забезпечує добування їжі і захист від ворогів. Встановлено, що сумісне існування тварин скорочує витрати ними енергії, зменшується кількість пошукових рухів і знижується споживання кисню, покращуються умови охорони особин, а в цілому підвищується виживаність. Навіть ті види, які регулярно здійснюють тривалі міграції, зберігають свою популяційну структуру і для розмноження і виведення потомства збираються на свої постійні місцеперебування.

12. Поняття про біогеоценоз та екосистему

Об'єктом вивчення екології є екосистеми. Цей термін запропонований у 1935 році англійським ботаніком А. Тенслі. В це поняття входить не лише комплекс організмів, а й комплекс факторів навколишнього природного середовища. Популяції різних організмів тісно взаємопов’язані не тільки між собою, але і з умовами фізичного середовища існування. Зокрема, вони дістають з довкілля певні речовини, потрібні для забезпечення їхньої життєдіяльності та виділяють туди продукти обміну. Таким чином угруповання організмів утворюють із фізичним середовищем певну систему - екосистему. В кожній екосистемі відбувається колообіг речовин та обмінні енергетичні процеси. Екосистема -це сукупність організмів різних видів, які взаємодіють між собою і з фізичним середовищем існування, завдяки чому виникає потік енергії, який створює певну трофічну структуру і забезпечує колообіг речовин усередині системи. Термін екосистема близький до терміна біогеоценоз, введеного в обіг російським ученим В. Сукачовим у 1940 році. Біогеоценоз - природна ділянка земної поверхні з певним складом живих і неживих компонентів і динамічною взаємодією між ними. Ці два поняття майже ідентичні, можливо, перше ширше і останнім часом воно більш уживане.

Структура біогеоценозу (екосистеми).

Біогеоценоз містить два компоненти:

• біотоп (грец. топос - місце) - сукупність на певній території абіотичних факторів - кліматичних і ґрунтових;
• біоценоз - сукупність живих організмів: I - рослин (фітоценоз), II - тварин (зооценоз); III - мікроорганізмів (мікробіоценоз); IV - грибів (мікоценоз) - біотичний фактор.

Кожний біоценоз має:

• видову структуру (різноманітність видів, співвідношення їх чисельності);
• просторову структуру, яка визначається ярусним розташуванням різних видів рослин;
• екологічну структуру, яка визначається співвідношенням популяцій різних екологічних груп організмів за типом живлення.

Розрізняють а втотрофи -організми, що здатні утворювати органічні речовини з неорганічних за допомогою сонячного світла (фотосинтез) або енергії хімічних реакцій (хемосинтез). Гетеротрофи - організми, що живляться готовими органічними речовинами. У кожній екосистемі можна виділити такі компоненти:

1) неорганічні речовини (вуглець, азот, вуглекислий газ, вода та ін.), які вступають у колообіг;

2) органічні речовини (білки, вуглеводи, ліпіди та ін.), які об’єднують біотичну та абіотичну частини екосистеми;

3) клімат (температура, вологість, тиск та ін.);

4) продуценти - автотрофні організми, здатні утворювати органічні сполуки з неорганічних;

5) консументи - гетеротрофні організми, які споживають готову органічну речовину;

6) редуценти (деструктори) - гетеротрофні організми, які розкладають органічну речовину до неорганічних сполук.

13. Поняття про біосферу та її властивості.

Біосфера - область існування живих організмів на Землі, яка включає частини атмосфери, гідросфери, літосфери. Біосфера включає верхню частину літосфери, всю гідросферу і нижню частину атмосфери - тропосферу. Нижня межа життя проходить по літосфері на глибині 2 - 3 км, верхня - на висоті 20 - 22 км. Межі біосфери зумовлюються цілою низкою факторів. Важливою причиною нерівномірного розміщення живих організмів в атмосфері є наявність сил гравітації та космічне випромінювання. Існуванню живих організмів на великих глибинах літосфери заважає висока температура земних надр. У гідросфері живі організми зустрічаються на максимальній глибині.

Центральною ланкою біосфери виступають живі організми, включаючи людину. Перші уявлення про біосферу як „зону життя” належать французькому натуралісту
Ж. Б. Ламарку (1802). Термін „біосфера” вперше запропонував у 1875 році австрійський геолог Е. Зюсс. Науково обґрунтував учення про біосферу в 1926 році український вчений В.І. Вернадський. Він довів, що живі організми мають вирішальний вплив на всі геологічні процеси, які формують обличчя Землі. Саме життєдіяльністю живих організмів зумовлюється хімічний склад атмосфери, концентрація солей у гідросфері, утворення і руйнування гірських порід. Живі організми не тільки пристосовуються до умов зовнішнього середовища, а й активно їх змінюють.

Основні компоненти біосфери.

Усюсукупність живих організмів у біосфері В. І. Вернадський назвав „живою речовиною”, яка складає єдину термодинамічну систему (оболонку) та в якій зосереджується життя і відбувається постійна взаємодія живого з абіотичними умовами середовища. Основні характеристики живої речовини: біомаса, хімічний склад, енергія. В біосфері виділяють шість типів речовини:

1) жива речовина - сукупність усіх існуючих на Землі рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів;

2) біогенна речовина - продукт життєдіяльності організмів (торф, крейда, горючі сланці);

3) нежива речовина - в утворенні якої організми не брали участі (гірські породи абіогенного походження, вода);

4) біокосна речовина - продукт взаємодії живої речовини і неживої матерії (ґрунт);

5) радіоактивна речовина;

6) космічна речовина.

Властивості біосфери:

• біосфера - відкрита система її існування неможливе без надходження енергії ззовні. На неї впливають космічні сили, перш за все сонячна активність;
• біосфера - саморегулююча система, для якої характерна організованість. Цю властивість на сучасному етапі називають гомеостазом, маючи на увазі здатність повертатися у вихідний стан, гасити виникаючі збурення, включенням ряду механізмів. Біосфера за свою історію пережила ряд таких збурень і переборола їх (виверження вулканів, зустрічі з астероїдами, землетруси). Але окремі великі збурення вона вже гасити не в силах. Наслідком цього є або розпад екосистеми, або поява нестійких штучно створених систем;
• біосфера - система, яка характеризується великим різноманіттям. В наш час описано
  2 млн. видів (1,5 млн. видів тварин і 0,5 млн. видів рослин). Для біосфери різноманітність видів - одна з найважливіших властивостей. Різноманітність - головна умова стійкості будь-якої екосистеми та біосфери в цілому. Усі функції живих організмів у біосфері можуть виконуватись тільки завдяки їх величезному різноманіттю;
• важлива властивість біосфери - наявність в ній механізмів, які забезпечують колообіг речовин і пов'язану з ним невичерпність окремих хімічних елементів та їх сполук. При відсутності колообігу, за короткий проміжок часу був би вичерпаний основний будівельний матеріал живого - вуглець. Тільки завдяки колообігам та постійному притоку сонячної енергії забезпечується безперервність процесів у біосфері.

14. Жива речовина та її властивості

Особливості живої речовини.

Згідно із законом фізико-хімічної єдності живої речовини, уся жива речовина має єдину фізико-хімічну природу. На основі узагальнення досліджень природничих наук
В. І. Вернадський дійшов висновку, що в біосфері „встановилася рівновага в основних своїх рисах... з археозою і незмінно діє впродовж 1,5 - 2 млрд. років”. Стійкість біосфери за цей час виявляється в сталості загальної маси (10¹⁹ т.), енергії, зв'язаної живою речовиною (4,21*10¹⁸ кДж) і середнього хімічного складу всього живого.

Властивості живої речовини:

• здатність швидко освоювати весь вільний простір;
• рух (пасивний та активний);
• стійкість за життя і швидке розкладання після смерті (включення в колообіги);
• висока здатність пристосовуватися до різних умов життя;
• велика швидкість перебігу реакцій;
• висока швидкість оновлення живої речовини.

В результаті високої швидкості оновлення живої речовини за всю історію існування життя загальна маса живої речовини, яка пройшла через біосферу, приблизно в 12 разів перевищує масу Землі.

Усі перелічені властивості живої речовини зумовлюються концентрацією в ній значних запасів енергії.

Функції живої речовини в біосфері:

• енергетична, пов’язана з накопиченням енергії в процесі фотосинтезу, передачею її по харчових ланцюгах, розсіюванням;
• газова - здатність змінювати і підтримувати певний газовий склад середовища існування та атмосфери в цілому;
• окисно-відновна функція пов’язана з прискоренням під впливом живої речовини процесів окиснення та відновлення;
• концентраційна пов’язана зі властивістю організмів накопичувати в своєму тілі розсіяні хімічні елементи. Наслідком цієї функції організмів є утворення покладів горючих копалин, вапняків, рудних родовищ;
• деструктивна функція - це руйнування організмами і продуктами їх життєдіяльності решток органічної і неорганічної речовини. Основний механізм цієї функції пов’язаний з колообігом речовин;
• транспортна функція пов’язана з перенесенням речовини та енергії в результаті активного руху організмів (міграції тварин, птахів);
• середовищеутворююча, з цією функцією пов’язана зміна фізико-хімічних характеристик середовища. Результатом цієї функції є все природне середовище, яке створене живими організмами і підтримується ними у стабільному стані;
• інформаційна функція проявляється в тому, що живі істоти накопичують певну інформацію, закріплюють її в спадкових структурах і передають наступним поколінням.

15. Колообіг речовин у біосфері

Здійснення функцій живої речовини пов’язано з міграцією атомів у процесі колообігу речовин у біосфері. В ній постійно триває колообіг води і всіх хімічних елементів, які входять до складу живих організмів. Та частина міграції хімічних елементів, яка відбувається за участю живих організмів, називається біогенною, а поза ними - абіогенною.

Колообіг оксигену. Оксиген є найпоширенішим елементом у біосфері і головною складовою живої речовини. В тілі людини міститься 62,8% оксигену і 19,4% карбону. Колообіг оксигену ускладнюється через його здатність утворювати численні хімічні сполуки. В результаті виникає багато циклів між атмосферою, літосферою та гідросферою.

Атмосферний кисень і оксиген, що міститься в численних поверхневих мінералах (залізні руди, осадові кальцити), мають біогенне походження. Спочатку в атмосфері Землі кисню не було. Його почали виробляти автотрофи.

Формування в атмосфері озонового екрана, здатного затримувати сонячну радіацію, відбулося за вмісту кисню в атмосфері, що становив 1% сучасного. Це сприяло інтенсивному розвитку автотрофних організмів у верхніх горизонтах води, інтенсифікувало фотосинтез і відповідно утворення кисню. Колообіг кисню відбувається в основному між атмосферою і живими організмами. Частково кисень утворюється шляхом дисоціації озону під дією сонячної радіації у верхніх шарах атмосфери. Вільний кисень регенерується в процесі фотосинтезу зелених рослин. Джерелом кисню є вода і вуглекислий газ, його утворення відбувається за допомогою сонячної енергії. Процес продукування та виділення кисню в процесі фотосинтезу протилежний процесу його споживання гетеротрофами під час дихання.

Для повного відновлення всього атмосферного кисню потрібно 2000 років. Якщо не враховувати антропогенної діяльності, в наш час процеси фотосинтезу й дихання зрівноважені. Тому накопичення кисню в атмосфері не відбувається і його вміст залишається сталим. Оксиген, фіксований літосферою у вигляді алюмосилікатів, кремнезему, карбонатів, сульфатів, оксидів феруму тощо, становить 590х10¹⁴ т. У біосфері циркулює 39х10¹⁴ т. O₂ у вигляді газу чи сульфатів, розчинених в океанічних і континентальних водах.

Колообіг карбону. В атмосфері міститься вуглекислий газ, оксид карбону (ІІ), як малі компоненти - вуглеводні, зокрема, метан та інші органічні сполуки. Карбон - основний хімічний елемент живої речовини, оскільки входить до складу різноманітних органічних речовин. Сполуки карбону (у вигляді корисних копалин і карбонатів, а також алмазу і графіту) знаходяться в літосфері. У воді містяться розчинні солі карбону, на дні - карбонатні мули, утворені внаслідок накопичення мертвих решток організмів, що будують своє тіло з карбонату кальцію. Сполуки карбону у ґрунті - це рештки організмів, продукти їх метаболізму та вуглекислий газ, що виділяється під час дихання організмів і розкладання органічних речовин в аеробних умовах. Вуглекислий газ рослини поглинають листям і кореневою системою для синтезу органічних речовин, які по харчовим ланцюгам переходять до тіла тварин. Після загибелі організмів завдяки діяльності редуцентів сполуки карбону повертаються в біосферу у формі вуглекислого газу. У ґрунті дуже часто колообіг карбону гальмується. Органічні рештки мінералізуються частково, перетворюючись у нову органічну речовину - гумус. Частина органічної речовини, що повністю не розклалась, накопичується в осадових породах. Величезні поклади вугілля, нафти, вапняків у водному середовищі є прикладом цього явища.Людська діяльність значно впливає на колообіг цього біофільного елемента. Сполуки карбону у вигляді оксидів потрапляють в атмосферу при спалюванні горючих корисних копалин, вуглеводні - під час нафтовидобутку та нафтопереробки, численні органічні сполуки утворюються в процесі органічного синтезу.

Колообіг нітрогену. Нітроген у вигляді газоподібних сполук знаходиться в повітрі, у вигляді органічних сполук - в тілах живих організмів, у ґрунті - у вигляді солей амонію, нітратів і нітритів. У колообіг азот залучається завдяки біологічній (бактерії, синьо-зелені водорості), промисловій (виробництво мінеральних добрив) і атмосферній (блискавка) азотфіксаціям. Завдяки цим процесам атмосферний азот перетворюється в нітрати, які можуть засвоюватись рослинами. Іншим джерелом нітрогену для рослин є розкладання органічних решток, внаслідок чого утворюються сполуки амонію, сечовина, аміак, які завдяки діяльності особливих бактерій перетворюються в речовини, доступні для рослин. Повернення азоту в атмосферу відбувається внаслідок розкладання сполук, що містять нітрати, до вільного азоту та кисню особливими ґрунтовими бактеріями..Людина своєю діяльністю здійснює значний вплив на колообіг нітрогену. Систематичне застосування азотних добрив зумовлює збільшення концентрації сполук нітрогену в ґрунтах, водах, продуктах харчування. Високий вміст нітратів в рослинах становить небезпеку для здоров’я людини і тварин, оскільки внаслідок споживання такої їжі нітрати перетворюються на нітрити, які, сполучаючись з гемоглобіном крові, перешкоджають переносу кисню кров’ю.

Колообіг фосфору. Особливістю колообігу фосфору є те, що він має лише одну газоподібну сполуку - фосфін, який утворюється під час гниття органічних решток. Більшість фосфатів не розчинні у воді. Мінералами є апатити і фосфорити. У ґрунті фосфор входить до складу решток мертвих організмів. Поширеним фосфоровмісним добривом є гуано - послід морських птахів.Редуценти мінералізують органічні сполуки фосфору з відмерлих організмів у фосфати, які знову споживаються коренями рослин. Сполуки фосфору накопичуються на дні водойм і в прибережній зоні морів та океанів у вигляді решток живих організмів і фосфатів. На суходіл потрапляють з рибою та під час видобування корисних копалин. Кислотні дощі прискорюють міграцію фосфору завдяки розчиненню фосфатів. Для підвищення родючості ґрунтів на поля вносять добрива, зокрема, й фосфорні. Змивання їх у водойми спричинює евтрофікацію водойм (підвищення біологічної продуктивності екосистеми внаслідок нагромадження біогенних елементів, головним чином, нітрогену і фосфору).

Колообіг сульфуру. Цей хімічний елемент утворює газоподібні сполуки: гідрогеносульфур та оксиди сульфуру (IV, VI). Більшість сульфатів розчинні у воді, тоді як сульфіди більшості металів малорозчинні. Сульфур у складі органічних сполук міститься в живих організмах, горючих корисних копалинах. Сірка, яка знаходиться в ґрунті, є продуктом розкладання материнських гірських порід, що містять пірити і халькопірити, а також продуктом розкладання органічних речовин. У ґрунті діють численні мікроорганізми, що перетворюють сульфіди на сульфати й сірку і навпаки. Корені рослин поглинають сполуки сульфуру, які входять у створювані рослинами органічні речовини. Після відмирання рослин сполуки сульфуру повертаються в ґрунт. Таким чином підтримується колообіг сульфуру в природі. Людина своєю діяльністю значно збільшує концентрацію сполук сульфуру в навколишньому середовищі. Великі кількості оксидів сульфуру утворюються під час спалювання сміття, різних видів палива, добування металів із сульфатів, у виробництві та використанні сульфатної кислоти.

Дата добавления: 2015-05-24