 |
Лекция 2. Человек и среда обитания. Воздействие общества на природную среду . Основные аспекты дисциплины «Экология». Учение о биосфере. Обмен веществ в природе.
|
|
|
|
Методические рекомендации по работе над конспектом лекций
В ходе лекционных занятий необходимо вести конспектирование учебного материала. Обращать внимание на категории, формулировки, раскрывающие содержание тех или иных явлений и процессов, научные выводы и практические рекомендации. Желательно оставить в рабочих конспектах поля, на которых делать пометки из рекомендованной литературы, дополняющие материал прослушанной лекции, а также подчеркивающие особую важность тех или иных теоретических положений.
Во время лекции рекомендуется задавать преподавателю уточняющие вопросы с целью уяснения теоретических положений, разрешения спорных ситуаций. Кроме того, перед каждым лекционным занятием студенту необходимо прочитать указанные главы источников литературы, выписать неясные вопросы и задать их на лекции преподавателю, с просьбой объяснить более подробно неясные моменты. После каждой лекции перечитать новый материал с заучиванием новых определений, формул и выражений, доработать свой конспект лекции, делая в нем соответствующие записи из литературы, рекомендованной преподавателем и предусмотренной учебной программой.
Лекция 1. Основные понятия и законы экологии. Факториальная экология, пищевые цепи и сети, пищевые взаимоотношения: пирамиды и типы взаимоотношений. Закон оптимума
В условиях научно-технического прогресса проблема взаимодействия человеческого общества с природой, сохранения, восстановления и улучшения окружающей среды приобретает все большую актуальность. Изучение этой проблемы требует предварительного анализа некоторых положений учения о биосфере и закономерностях ее развития, экологии как науки, изучающей условия существования живых организмов и их взаимосвязи со средой, в которой они обитают, сущности научно-технического прогресса и некоторых других.
|
|
|
Впервые в научное обращение термин «экология» был введен немецким зоологом Эрнстом Геккелем в 1869 г. В предисловии его работы «Всеобщая морфология организмов» написано: «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы, изучение всей совокупности взаимоотношений животного мира с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и, прежде всего, его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт».
Как видно, первоначальное содержание понятия опиралось на чисто биологическое понимание экологии. Проблем самого человека, его взаимоотношений с природой, а также качества и охраны окружающей среды экология практически не касалась.
Ныне слово «экология» стало весьма популярным, этот термин нередко употребляют в сочетании с такими словами, как общество, культура, семья, здоровье и т.д. Наиболее часто применяют это слово, указывая на неблагополучное состояние окружающей нас природы.
Термин «экология» образован от двух греческих слов (oikos – дом, жилище и logos – наука, знание) и означает в буквальном смысле «наука о местообитании».
Объектами экологических исследований являлись:
популяции (от лат. populus –народ,население) –совокупность особейодного вида, обладающих необходимыми качествами для поддержания своей численности длительное время в условиях изменяющейся окружающей среды, способных передавать генетическую информацию особям своего вида;
виды –множество живых организмов,обладающих рядом общихморфо-физиологических признаков. Все многообразие живых организмов, населяющих Землю, включает:
|
|
|
растения (количество научно описанных видов составляет 350000). Исторически сложившуюся совокупность всех видов растений на определенной территории называют флорой (от лат. floris – цветок);
животные (по разным оценкам их количество составляет от 1,5 до 2 млн. видов). Совокупность всех видов животных, обитающих на
определенной территории, называют фауной ( от лат. Fauna – богиня лесов и полей, покровительница животных в римской мифологии);
микроорганизмы – это мельчайшие, преимущественно одноклеточные, вещества, видимые только в микроскоп, характеризующиеся огромным разнообразием видов; среди них различают бактерии, актиномицеты (бактерии, образующие ветвящиеся клетки и др.), вирусы, риккетсии, эрлихии, грибы, простейшие, хламидобактерии;
биоценоз (от био…и древнегреч. koinos –общий)-совокупностьживых организмов, населяющих данный участок суши или водоема и характеризующихся определенными отношениями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды, например биоценоз тундры. Биотоп и биоценоз неразрывны, они вместе образуют биологическую микросистему еще более высокого ранга – биогеоценоз. Его структура приведена на рис. 1;
биотоп (от био…и древнегреч. topos-страна,мест-ность)-участоксуши или водоема с однородными (однотипными) природными условиями существования живых организмов (биоценоза), например болото;
биогеоценоз (от био…и греч. ge –Земля, koinos –общий)–это система,которую образуют биоценозы с однородными природными (однотипными) природными условиями, свойственными определенной территории (биотопу), например лесной биогеоценоз. Термин «биогеоценоз» предложил академик В. Н. Сукачев. По В. Н. Сукачеву, биогеоценоз – это «совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира, микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющих специфику взаимодействия этих компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и с другими явлениями природы и представляющая собой внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, открытии».
|
|
|
Биогеоценоз является основной структурно-функцио-нальной материально-энергетической единицей (ячейкой) экосистемы. Термин «экосистема» предложил английский ботаник А. Тенсли в статье «Правильное и неправильное использование концепций и терминов в экологии растений». Работа А. Тенсли ознаменовала переход на новую ступень в развитии экологии, поскольку в ней впервые были использованы принципы системности и комплексности.
Любая совокупность организмов неорганических компонентов окружающей их среды, в которой может осуществляться круговорот веществ называется экологической системой или экосистемой.
Существующие на Земле экосистемы разнообразны по размерам. Выделяют как крупные наземные экосистемы (макроэкосистемы) – континент, океан, крупные болота, мезоэкосистемы – лес, луг, степь, тундра, тайга, пустыня, так и очень маленькие экосистемы (микроэкосистемы) – например, подстилка лишайников на стволе дерева.
Живые организмы в любой экосистеме разделяют на три вида, отличающиеся между собой формами питания: продуценты, консументы и редуценты, органически связанные между собой и средой обитания (рис. 1).
Продуценты (от лат. producens –производящий,создающий) –организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся в пищевой
цепи первым звеном, созидателем органических веществ из неорганических. Например, зеленые растения, поглощая углекислоту, воду и минеральные вещества, используя энергию солнечного света, образуют в процессе фотосинтеза самые разнообразные органические вещества и прежде всего углеводы, необходимые им для роста и развития. В процессе фотосинтеза растения вырабатывают и выделяют свободный кислород, поддерживая его содержание в атмосфере на определенном уровне. В теплый солнечный день 1 га разновозрастного леса образует 120–150 кг нового органического вещества, поглощает 220–280 углекислого газа, выделяет 180–220 кг кислорода. В мире ежегодно образуется 1011 т органических веществ.
| hv | О2 | ||||||
| Продуценты
| Атмосфера | ||||||
| СО2 | О2 | ||||||
| (растения) | О2 СО2 | ||||||
| 2 | |||||||
О2 СО2
Консумент
ы 1-го порядка
(травоядны
е)
Консумент
ы 2-го
порядка
(хищники)
Редуценты
(микроорга
низмы)
Погибшие растения, умершие
животные, их экскременты
Почва и водоемы
Питательные вещества
вода
Рис. 1. Биогеохимический цикл миграции вещества
Консументы (от лат. consumo –потребляю) –организмы,являющиеся
в пищевой цепи потребителями органического вещества: растительноядные или плотоядные (хищники).
Редуценты (от лат. redusens –возвращающий,восстанавливающий) –организмы (сапрофиты), разлагающие мертвое органическое вещество и превращающие его в неорганическое, которое может усваиваться продуцентами. Продукты жизнедеятельности животного мира, т. е. отходы живых популяций (трупы, отбросы), подвергаются природному процессу разложения (редукции) с помощью сапрофитов, водных бактерий,
жгутиковых, грибков. Редуценты создают в почве минеральные вещества, которые снова используются продуцентами и участвуют в рассмотренном выше круговороте.
Экосистемы не изолированы друг от друга, а плавно переходят одна в другую, взаимодействуя между собой, образуя в своей совокупности единое целое – биосферу. Термин «биосфера» был впервые введен австрийским ученым Эдуардом Зюссом в 1875 г. для наименования одной из оболочек Земли, в которой существует жизнь. Учение о биосфере было заложено академиком В. И. Вернадским. В основе этого учения лежит понимание диалектического единства, взаимосвязи и взаимообусловленности процессов, происходящих на Земле, всеобщности живого вещества или, как писал В. И. Вернадский «всюдности» живого вещества.
В обеспечении жизнедеятельности организмов огромную роль играют следующие функции биосферы:
производство биологической продукции, т. е. органического вещества, создаваемого живыми организмами в процессе жизнедеятельности;
поддержание оптимального газового и гидрологического состава окружающей среды за счет круговорота воды и химических элементов;
биологическая очистка, т. е. непрерывное взаимодействие и обмен между составляющими биосферы. В результате в природе отсутствуют накапливающиеся отходы, в ней постоянно происходят процессы самоочищения.
До появления человека на Земле биосфера развивалась и самосовершенствовалась по законам, сформулированным американским биологом Барри Коммонером в работе «Замыкающийся круг»:
|
|
|
закон первый – все связано со всем. Изменения,произведенные водном компоненте экосистемы, могут привести к неблагоприятным последствиям в функционировании всей экосистемы. Например, исчезновение какого-либо вида растений может привести к вымиранию от 10 до 30 видов насекомых, высших животных или других растений. Вырубка лесов приводит к уничтожению почвы и растительности на ней, наводнениям огромной разрушительной силы, опустыниванию и изменению климата отдельных регионов, а в таежной зоне нередко вызывает активизацию природных очагов клещевого энцефалита. Проникновение человека в зону тропических американских саванн способствовало значительному увеличению численности летучих мышей-вампиров, являющихся переносчиками возбудителей бешенства. Обводнение африканских саванн привело к распространению шистосомозов – хронического, медленно развивающегося заболевания, возбудителями которого являются глисты;
закон второй – все должно куда-то деваться. В природе для любойорганической субстанции (вещества), вырабатываемого в процессе жизнедеятельности живых организмов, существуют другие живые существа, способные эту субстанцию (вещество) разложить при использовании ее в качестве пищи. Таким образом, в природе нет накапливающихся веществ и отходов;
закон третий – ничто не дается даром. Биосфера конечна,она имеетвполне определенные геометрические размеры и биологические возможности. Поэтому нельзя получить от природы больше, чем она способна дать. Например, вместе с урожаем из почвы изымаются органические и минеральные питательные вещества. Например, с клубнями картофеля при урожае 140 ц с 1
га из почвы извлекается, в пересчете на химические элементы, почти 50 кг азота, 20 кг фосфора и 85 кг калия. Если взамен перечисленных веществ не вносить в почву удобрения, то плодородие почвы будет снижаться;
закон четвертый – природа знает лучше. Природа добиласьнынешнего относительно равновесного состояния многолетним эволюционным путем посредством проб и ошибок. Общество, воздействуя на природу и преобразуя ее, нарушает ход естественных процессов, происходящих в ней. Человеку, обладающему в отличие от всего остального живого мира разумом, необходимо сохранять порядок, существующий в природе, познать и соблюдать законы ее развития, а не соревноваться с ней и не покорять ее, считая свои решения наилучшими.
Основные законы экологии действуют в окружающем нас мире:
атмосфере, гидросфере и литосфере.
В процессе жизнедеятельности человек использует атмосферный воздух, почвы, природные ископаемые, воду, растительный, животный мир и иные организмы, ландшафты, космическое пространство, а также такие объекты, как памятники истории, культуры и архитектуры. Однако практически все виды деятельности человека ведут как к повышению уровня жизни, так и к его снижению за счет негативного воздействия на самого человека и биосферу. Результатом деятельности человека является продукция – новые вещества, материалы, технические устройства, приборы различного назначения, жидкие, газообразные, твердые отходы и многое другое. Как правило, эти искусственные вещества, материалы, отходы производства и потребления и другая продукция на различных этапах своего жизненного цикла – проектирования, производства, поставки, транспортирования, хранения, использования, утилизации и ликвидации, обладают свойствами, несовместимыми с естественными природными системами, а также характеристиками самого человека. Они имеют конечный срок полезного использования, не разлагаются или разлагаются очень медленно, приводят к загрязнению биосферы, непосредственно или косвенно оказывают негативное воздействие на качество жизни, здоровье человека и его потомков.
Огромные масштабы преобразовательной деятельности человека, ориентированные на удовлетворение потребностей, постоянное увеличение производства и потребление ресурсов, таят в себе опасность экологического кризиса всепланетного масштаба, так как они не согласуются с ограниченностью ресурсов на планете и возможностями биосферы справляться с различного рода негативными воздействиями.
Кроме того, во взаимоотношениях человека в отличие от других живых организмов с биосферой есть существенная разница: человек, постоянно изменяя, расширяя и совершенствуя способы и формы своих отношений с биосферой, действует в соответствии со своими потребностями, не всегда согласованными с экологическими законами.
По мнению академика Н. Н. Моисеева, «человек познал законы, позволившие ему создавать современные машины, но он пока не научился понимать, что существуют и другие законы, которые, возможно, он еще и не знает, что в его взаимоотношениях с природой существует запретная черта, которую человек не имеет права переступать ни при каких обстоятельствах
… существует система запретов, нарушая которые он разрушает свое будущее».
Сейчас подавляющее большинство живущих на Земле не осознают реальности надвигающейся глобальной катастрофы. Климат последних трех-четырех лет – это яркое свидетельство ее приближения. Массовые наводнения, небывалая жара, от которой в 2003 году только во Франции погибли более 17 тысяч человек, небывалые снегопады в тех местах, где их раньше не было.
Многие ученые предупреждают об экологической катастрофе уже в середине XXI века, и тогда все будет зависеть от того, какие действия предпримет человечество в ближайшее время. В противном случае такие действия придется осуществлять в сверхэкстремальных условиях, ибо, как пишет российский ученый И. Кулдошин: «… если будет упущен последний шанс, человечеству придется еще раз пройти через «каменный век».
Важность проблемы сохранения биосферы понятна всем:
сохранение биосферы и устойчивость развития общества зависят от самого человека. Человечество не может и не должно беспредельно вторгаться в биосферу без учета возможных негативных последствий своей деятельности;
негативные последствия на биосферу – это неизбежное следствие жизнедеятельности человека;
поскольку полностью исключить негативные последствия невозможно, для разумного регулирования деятельности необходимо знать пределы допустимого воздействия производственной и иной деятельности на биосферу, а также критерии экологической безопасности общества.
Исключительное значение для сохранения биосферы имеют воспитание, образование и ответственность каждого человека. С учетом последнего замечания целью изучения экологии является научить студентов
– будущих специалистов решению следующих задач: выявлять источники загрязнения и загрязнители биосферы;
уменьшать или исключать негативное воздействие на биосферу с помощью экозащитной техники и технологических процессов;
осуществлять переработку, обезвреживание отходов производства и потребления тепла, их реализацию, захоронение и утилизацию;
оценивать затраты на проведение мероприятий, направленных на уменьшение или исключение негативного воздействия на биосферу и определять их эффективность путем сравнения затраты – выгоды; производить оценку экологического риска.
Экология изначально возникла как наука о среде обитания живых организмов: растений, животных (в том числе и человека), грибов, бактерий и вирусов, о взаимоотношениях между организмами и средой их обитания и о взаимоотношениях организмов друг с другом. Так появились всевозможные частные экологические дисциплины: экология растений, экология животных, экология грибов и т.д. Эти частные экологические дисциплины формировались в рамках соответствующих разделов биологии - ботаники, зоологии, микологии и др. как подразделения этих наук. Общей экологии тогда просто еще не существовало, так как объект ее изучения не был определен вплоть до 30-х годов ХХ столетия. Что же это за объект?
По мере накопления знаний о взаимодействии живых организмов со средой обитания исследователи поняли, что на Земле существуют своеобразные системы, состоящие из живых организмов и неживого вещества. Для этих систем характерен высокий уровень организации, наличие прямых и обратных связей между компонентами (частями этих систем), способность систем к поддержанию своего состояния при всевозможных возмущениях. Эти системы были названы экологическими, или экосистемами. Так общая экология обрела свой специфический объект изучения - экосистему.
Таким образом, общая экология - это наука об экосистемах, которые включают в себя живые организмы и неживое вещество, с которым эти организмы постоянно взаимодействуют. Живое и неживое вещество в экосистемах структурировано и охвачено бесчисленными превращениями или процессами, в ходе которых автотрофными и хемотрофными организмами захватываются из внешней среды атомы многих химических элементов (углерод, водород, кислород, сера, фосфор, калий, кальций, магний, железо, медь и др.) и энергия, которые затем используются организмами консументами и грибами, а потом, по мере гибели организмов продуцентов, грибов и консументов, переходят к организмам редуцентам, разлагающим мертвое органическое вещество и возвращающим составляющие это вещество атомы во внешнюю среду. При этом энергия химических связей организмов продуцентов и организмов хемосинтетиков частично используется консументами, грибами и редуцентами, а частично высвобождается во внешнюю среду в виде тепла, в виде образующихся при выделении в атмосферу растениями кислорода окислов, и в виде химических связей сложных органических веществ, накапливающихся в почве (гумус) и литосфере (торф, бурые и каменные угли).
Экосистемы всюду вокруг нас. Там, где есть жизнь, там есть и экосистемы. А жизнь на Земле повсюду: и в толще океана на дне самых глубоких морских желобов, и в атмосфере на высоте нескольких десятков километров, и в глубоких пещерах, куда никогда не проникает луч света, и на поверхности ледников в Антарктиде и в высокой Арктике. Следы жизни обнаружены в самых древних горных породах, которые сформировались около 3 миллиардов лет назад, - именно тогда жили на нашей Планете организмы, чьи следы запечатлены в этих породах. Эти организмы были чрезвычайно примитивными, они были одноклеточными или колониальными, в клетках их не было сформированного ядра, и размножались они простым делением клеток надвое. Эти организмы не имели скелета, даже наружный скелет - твердый панцирь клеток - у них отсутствовал. Именно поэтому в геологической летописи планеты сохранилось так мало следов той древнейшей жизни.
Эволюция живых организмов привела к появлению живых существ с обособленным клеточным ядром и внутриклеточными органоидами - рибосомами, митохондриями и др. Для них уже было характерно бесполое и половое размножение. Доказано, что миллиард лет назад такие организмы на нашей планете уже существовали, они населяли океан. Примерно 600-700 миллионов лет назад появились первые позвоночные животные. Это были рыбы, обитавшие в мировом океане и морях. Царство растений тогда было представлено многочисленными водорослями, как одноклеточными, так и многоклеточными, образовывавшими, как и теперь, настоящие подводные леса на мелководьях.
Примерно 500 миллионов лет назад живые организмы появились и на суше. До этого жизнь была только в морях и океанах. На суше эволюция живых существ проходила более быстрыми темпами. Из животных сушу сначала завоевали членистоногие. Из позвоночных животных первыми на сушу выбрались двоякодышащие рыбы, от которых произошли земноводные. Земноводные в свою очередь дали начало пресмыкающимся, от которых произошли птицы и в меловом периоде - около 70 миллионов лет назад - млекопитающие. Человек относится к классу млекопитающих, отряду приматов, семейству гоминид (человекообразных). Первые люди, согласно последним научным данным, обитали в Африке около 3 миллионов лет назад. Они ходили прямо на двух ногах и имели ступню, не отличающуюся от ступни современного человека, имели довольно развитые руки с отстоящим, как у современного человека, большим пальцем, могли издавать членораздельные звуки, пользовались огнем и изготавливали примитивные орудия, разбивая камни и кости.
По мере эволюции живых организмов интенсифицировался обмен веществ, совершенствовались механизмы размножения, усложнялось поведение животных, удлинялись пищевые цепи, благодаря которым, однажды захваченные живыми существами из внешней среды атомы химических элементов и энергия, все дольше не возвращались во внешнюю среду. Разумеется, при этом по мере эволюции изменялась и среда обитания живых организмов. В гидросфере и атмосфере накапливался свободный кислород, его содержание за последний миллиард лет в атмосфере выросло с 1% до 21%. При этом резко снизилось содержание в атмосфере Земли углекислого газа - до 0,3%. Ученые выяснили, что современный состав атмосферы Земли за миллиарды лет создан и поддерживается живыми организмами. Если на Земле не будет жизни, то состояние ее атмосферы довольно скоро, буквально за несколько сотен или тысяч лет вернется к своему бескислородному состоянию. Ведь ни на Венере, ни на Марсе свободного кислорода в атмосферах практически нет. Зато очень много углекислого газа. Вероятно, такой когда-то была и атмосфера нашей планеты.
Таким образом, эволюция жизни на Земле - проблема не только биологическая, но и экологическая. Сегодня это понимают многие ученые, в том числе и палеонтологи, изучающие жизнь в отдаленные геологические эпохи. Например, выход живых существ на сушу сдерживался тем, что в атмосфере Земли, вплоть до кембрийского периода, было очень мало кислорода. Из-за этого у планеты отсутствовал озоновый слой (верхний слой атмосферы, состоящий из трехатомных молекул кислорода и отдельных атомов кислорода), который поглощает жесткое космическое излучение. Дело в том, что кванты жесткого (коротковолнового) электромагнитного излучения обладают очень высокой энергией и, ударяя в органические молекулы, легко их разрушают, поглощаясь при этом и не достигая поверхности планеты. Слой воды толщиной 2-3м может поглощать кванты жесткого излучения не хуже озонового слоя. Именно поэтому на первых этапах эволюции жизнь так цепко держалась за мировой океан, не спеша выходить на сушу.
Как всякие материальные системы, экологические системы согласно принципу Ле-Шателье способны поддерживать свое состояние при резких неблагоприятных для них воздействиях внешних факторов или возмущениях. При всяком возмущении экосистема изменяется таким образом, что снижает эффект этого возмущения и, таким образом, сохраняет свой status quo. Поскольку компоненты экосистемы находятся друг с другом в постоянном взаимодействии - связаны друг с другом потоками вещества и энергии, - говоря о равновесии экосистемы, следует иметь в виду не статическое, а динамическое равновесие - равновесие в первую очередь, потоков вещества и энергии. Если экосистему вывести из состояния динамического равновесия, то она стремится вернуться к нему, используя при этом часть своей внутренней энергии и упорядоченности (структурной негэнтропии). Если резерва внутренней энергии и негэнтропии хватает, то система возвращается в состояние близкое к исходному, если нет, то она либо разрушается, либо переходит в новое состояние динамического равновесия, но на значительно более низком энергетическом и негэнтропийном уровне. При этом говорят, что экосистема деградировала. Примером такой деградации является, например, распашка и уничтожение естественной растительности на значительных пространствах в зоне сухой степи. Это воздействие резко снижает запасы влаги в почве, способствует ветровой эрозии плодородного слоя и экосистема переходит в новое состояние с очень низкой биологической продуктивностью. Степные экосистемы сменяются при этом экосистемами пустынь. Некоторые ученые экологи считают, что именно так на месте саванны в Северной Африке примерно 10 тыс. лет назад образовалась пустыня Сахара.
Для всякой экосистемы существуют пределы толерантности (устойчивости). Одни экосистемы более толерантны к воздействию внешних возмущающих факторов, другие менее. Пока что мы ничего не можем сказать о пределах толерантности естественных экосистем. Одни говорят, например, что экосистемы тундры очень неустойчивы и легко уязвимы. Другие, напротив, считают, что экосистемы тундры не менее устойчивы, чем экосистемы тайги и степи, что самыми неустойчивыми являются экосистемы влажных тропических лесов. Толерантность экосистем и вообще живого организма описывается законом оптимума.
Закон оптимума
выражается в том, что любой экологический фактор имеет пределы положительного влияния на живые организмы.
Сила воздействия экологических факторов постоянно меняется. Лишь в определенных местах планеты значения некоторых из них более или менее постоянны (константны). Например: на дне океанов, в глубинах пещер сравнительно постоянны температурный и водный режимы, режим освещения.
Рассмотрим действие закона оптимума на конкретном примере: животные и растения плохо переносят и сильную жару, и сильные морозы, оптимальными для них являются средние температуры - так называемая зона оптимума. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем в большей степени данный экологический фактор угнетает жизнедеятельность организма. Эта зона носит название зоны пессимума. В ней имеются критические точки - "максимальное значение фактора" и "минимальное значение фактора"; за их пределами наступает гибель организмов. Расстояние между минимальным и максимальным значениями фактора называют экологической валентностью или толерантностью организма (рис. 2.)
Рис. 2. Схема действия факторов среды на живые организмы.
Пример проявления данного закона: яйца аскарид развиваются при 12 -360 С, а оптимальной для их развития является 300 С. То есть экологическая толерантность аскарид по температурному режиму составляет от12 до 36 градусов.
По характеру толерантности выделяют следующие виды:
эврибионтные - имеющие широкую экологическую валентность по отношению к абиотическим факторам среды; делятся на эвритермные (выносящие значительные колебания температур), эврибатные (выносящие широкий диапазон показателей давления), эвригалинные (выносящие разную степень засоленности среды).
стенобионтные - неспособные переносить значительные колебания фактора (например, стенотермными являются белые медведи, ластоногие млекопитающие, обитающие при низком температурном режиме).
Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора
гласит, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. Закон был установлен в 1905 г. английским ученым Блеккером.
Именно от этого, минимально (или максимально) представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова; бабочки озимой совки (вредителя овощных и зерновых культур) - зимняя температура и т. д.
Это закон учитывается в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Ю. Либих установил, что продуктивность культурных растений, в первую очередь, зависит от того питательного вещества (минерального элемента), который представлен в почве наиболее слабо. Например, если фосфора в почве лишь 20% от необходимой нормы, а кальция - 50% от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.
Это правило Ю. Либих назвал "правилом минимума", так как изучал влияние недостаточных доз удобрений. Позднее выяснилось, что избыток минеральных солей в почве тоже снижает урожайность, так как при этом нарушается способность корней всасывать растворы солей рис 3..
Рис. 3. Иллюстрация экологической индивидуальности различных видов по отношению к температурным показателям.
Основными задачами экологии можно считать следующие:
• исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы;
• создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов;
• прогнозирование изменений в природе, возникающих под влиянием хозяйственной деятельности человека;
• определение допустимых пределов воздействия человека на окружающую среду;
• сохранение среды обитания живых организмов, в том числе и человека;
• разработка рекомендаций путей развития человеческого общества.
Структура современной экологии
Экологические знания разнообразны, образуют комплекс наук, рассматривающих различные стороны взаимодействия всех компонентов природы и человеческого общества (рис. 1)
(Рис. 1. Система основных экологических наук. Е. А. Дмитриева http://cito-web.yspu.yar.ru/link1/metod/met20/node3.html)
Глобальная (всеобщая) экология рассматривает особенности взаимодействия природы и общества в рамках всего Земного шара, в том числе глобальные экологические проблемы (потепление климата планеты, сокращение площади лесов, опустынивание, загрязнение среды обитания живых организмов и т. п.).
Классическая (биологическая) экология исследует связи между живыми системами (организмами, популяциями, сообществами) и условиями их обитания, как в настоящее время, так и в прошлом (палеоэкология). Различные разделы биологической экологии изучают разные живые системы: аутэкология - экологию организмов, популяционная экология - экологию популяций, синэкология - экологию сообществ.
Прикладная экология определяет нормы (пределы) использования природных богатств, рассчитывает допустимые нагрузки на окружающую природную среду для поддержания ее в пригодном для жизнедеятельности природных систем состоянии.
Социальная экология объясняет и прогнозирует основные направления развития взаимодействия общества с природной средой.
Такое подразделение экологии происходит на предметной основе (в зависимости от предмета исследования). Кроме того, выделяют также региональную экологию. Она раскрывает особенности взаимного влияния природной среды и деятельности человека в конкретных условиях отдельных территорий, в административных или природных границах. В нашем регионе этими вопросами занимается экология Ярославской области.
Взаимосвязь экологии с другими науками
Экология тесно взаимодействует с другими науками: как биологическими, так и других областей знаний.
На стыке экологии и других биологических наук возникли:
экоморфология - выясняет, как условия среды формируют строение организмов;
экофизиология - изучает физиологические адаптации организмов к факторам среды;
экоэтология - исследует зависимость поведения организмов от условий их жизни;
генетика популяций - изучает реакции особей с разным генотипом на условия среды обитания;
биогеография - изучает закономерности размещения организмов в пространстве.
Экология взаимодействует и с географическими науками: геологией, физической и экономической географией, климатологией, почвоведением, гидрологией; другими естественными науками (химией, физикой). Она неотделима от морали, права, экономики и т. д.
Контрольные вопросы к лекции 1
1. Понятие «Экология».
2. Биоценоз и биотоп, их характеристика и взаимосвязь.
3. Что называют «экосистемой»?
4. Виды живых организмов в экосистеме, их роль.
5. Понятие «Биосферы».
6. Законы экологии.
7. Причины возникновения экологического кризиса.
Лекция 2. Человек и среда обитания. Воздействие общества на природную среду. Основные аспекты дисциплины «Экология». Учение о биосфере. Обмен веществ в природе.
Как известно, биосфера более 4 млрд. лет обходилась без человека. Первые представители Homo sapiens появились сравнительно недавно (примерно 200000 лет назад). Разные этапы развития человеческого общества сопровождались развитием новых форм деятельности: переходом от собирательства плодов, ягод, промысла мелких животных и охоты, от охоты к скотоводству, от скотоводства к земледелию, от земледелия к материальному производству.
Переходы от одного вида деятельности к другому являлись началом смены культурно хозяйственного типа человеческого общества – охотников и собирателей, скотоводов и земледельцев, индустриальное о
|
|
|
