Экология. Предмет и разделы экологии

ВВЕДЕНИЕ. Слово «экология» мы встречаем буквально каждый день и десятки раз в день. Авария на нефтепроводе - экология, горят леса - экология, города задыхаются от смога - экология, общими усилиями поставлен на грань вы­живания очередной вид животных или растений - экология. Голод, навод­нения, эпидемии невиданных болезней, радионуклиды и тяжелые металлы буквально повсюду, канцерогены и прочее - что думают по этому поводу экологи? Для человека (Ч) природа – среда жизни и единственный источник существования. Природные ресурсы – база, на которой живёт и развивается человеческое общество, первоисточник удовлетворения материальных и духовных потребностей людей. Значение природы для Ч можно разбить на следующие пункты: хозяйственно-экономическое (сырьё для производства и продукты), научно-познавательное (источник всех знаний), оздоровительное (поддержание здоровья и условий жизни), эстетическое (удовлетворение эстетических потребностей), воспитательное (развитие мировоззрения и положительных черт характера Ч). Ч - часть природы и как живое существо своей элементарной жизнедеятельностью оказывает ощутимое влияние на природную среду. Однако, это влияние несравнимо с тем воздействием, которое человек оказывает на природу благодаря своему труду. В прошлом Ч брал у природы ресурсы и не задумывался об их количестве и восстановлении. К тому же природа возобновляла большинство ресурсов. В целом природа с трудом, но возмещала ущерб, наносимый ей деятельностью Ч. • "Козлы съели Грецию" - эта поговорка известна с античных времен. Козловодство уничтожило древесную растительность в Греции, копыта коз вытоптали почву. Процесс эррозии почв в Средизимноморье в античное время был в 10 раз выше в окультуренных областях. Вблизи античных городов существовали огромные свалки. В частности около Рима один из холмов свалки был высотой в 35 метров, а диаметром в 850 метров. Грызуны и нищие кормившиеся там разносили болезни. Сливы отбросов на улицы городов, сбросы сточных городских вод в водоемы, откуда потом брали воду те же жители. В том же Риме проживало около 1 миллиона человек, можно представить, сколько они производили мусора. Благодаря труду Ч, в отличие от животных, вышел из-под биологического контроля природной среды и получил возможность расширить объём своих потребностей далеко за рамки удовлетворения элементарных физиологических надобностей. Таким образом, положение резко изменилось, особенно за последнее столетие. . Темпы потребления природных ресурсов стремительно растут и теперь уже многократно превосходят возможности их естественного возобновления. Как следствие возникла проблема, назовём её первая, проблема истощения ресурсов. Поскольку в биогеосферу вторглись вредные отходы промышленности разных форм и видов, отбросы хозяйственной деятельности Ч, то возникла вторая проблема – различных загрязнений. В целом вносимые Ч изменения в природу приобрели настолько крупные масштабы, что они превратились в серьёзную угрозу нарушения существующего в природе относительного равновесия, в препятствие для дальнейшего развития производительных сил и стали представлять реальную опасность для здоровья людей. в настоящее время природа не успевает компенсировать ущерб, наносимый ей человеком. В связи с этим природу необходимо охранять, но всё же в процессе её использования, без чего Ч-во обойтись не сможет. Для этого надо заботиться о рациональном использовании и возобновлении природных ресурсов, сохранять природные условия, благоприятные для жизни Ч. Чтобы осуществить рациональное использование и возобновление природных ресурсов, нужно, прежде всего, изучать природные явления и процессы, закономерности жизни животных и растений, их взаимосвязи между собой и с окружающей средой. Этим занимается раздел биологической науки – экология. 1. Предмет и разделы экологии. «Экология» (греч. оikos – дом, жилище, местообитание, убежище и logos – наука, знание) – т.е. наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Классическое определение: Экология - наука о взаимоотношениях (взаимосвязях) организмов между собой и с окружающей средой. Термин «Экология» был предложен в 1866 году немецким ботаником, профессором Йенского университета Эрнстом Геккелем (1834 – 1919), как название раздела биологии, изучающего взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. В своем труде «Всеобщая морфология» (1866) он писал: «Экология – это познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношений всего живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая антагонистические и неантагонистические отношения животных и растений, контактирующих друг с другом». Современная экология – фундаментальная комплексная наука о природе, объединяющая знание основ нескольких классических естественных наук. Разберемся какой объект изучает экология. Вспомним, что такое материя? Материя – это объективная реальность, данная нам в ощущениях. Материю можно подразделить на живую и неживую. Рассмотрим уровни организации живой материи и определим, которые из этих уровней изучает экология. Различные биосистемы по мере усложнения Т.о. место экологии в системе естественных наук определяется достаточно четко – это изучение надорганизменных уровней организации живой материи. Предметом Э. являются системы надорганизменного уровня Экология — биологическая наука, которая исследует структуру и функционирование систем надорганизменного уровня (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и времени, в естественных и изменённых человеком условиях. Объектом экологических исследований является совокупность или структура связей между организмами, а также между организмами и средой, т.е. изучение функционирования биологических макросистем. Главный предмет ее изучения – экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные средой обитания и живыми организмами. Кроме этого, в область ее компетенции входит: • изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), • их популяций, т.е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень) • и биосферы в целом (биосферный уровень). В зависимости от предмета исследований в процессе становления экологии как науки выделились следующие разделы экологии : • • • • • • • • • • • • По конкретным объектам и средам исследования экология подразделяется на экологию животных, экологию растений, экологию микроорганизмов. С научно-практической точки зрения вполне обоснованно деление экологии на теоретическую и прикладную.) Из приведенных выше направлений следует, что задачи экологии многообразны. В общетеоретическом плане это: • Разработка общей теории устойчивости экологических систем; • Изучение экологических механизмов адаптации к среде; • Исследование регуляции численности популяций; • Изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания; • Исследование продукционных процессов; • Исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости; • Моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов. Основные прикладные задачи в настоящее время следующие: • Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий деятельности человека для окружающей среды; • Улучшение качества окружающей среды; • Сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов; • Оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически неблагоприятных районах. 2. Место экологии в системе наук и в мировоззрении Экология начала развиваться как составная часть естествознания, а затем раздел биологической науки. Однако, ее специфика в тесной связи с другими естественными науками: химией, физикой, геологией, географией, почвоведением, математикой, а также социальными: социологией, историей, психологией, педагогикой. Фундаментальной теоретической базой экологии является философия, а философия - это и есть мировоззрение!!! 3. Основные понятия Система – комплекс взаимосвязанных компонентов (философская кате-гория). Экологическая система, или экосистема – это любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ (понятие ввѐл А.Д. Тэнсли, 1939). К естественным экосистемам относятся лес, луг, болото и т.д. Примером искусственных экосистем являются агроэкосистемы (сельскохозяйственные угодья), урбосистема (городские агломерации) и т.д. По размеру экосистемы принято разделять на микроэкосистемы - (гнилой пень, лужа); мезоэкосистемы - (парк, пруд, по-ле); макроэкосистемы - (биомы – тундра, тайга, пустыня, саванна и т.д.). Глобальной экосистемой является биосфера. Многообразные живые организмы встречаются на Земле не в случайном сочетании. В процессе совместного существования они образуют биологические единства – сообщества, или биоценозы. Термин «биоценоз» предложен К. Мѐбиусом в 1877 г. Раздел экологии, изучающий сообщества организмов и экологические системы (надорганизменный уровень) – синэкология (понятие ввѐл в науку К. Шретер в 1902 году). Биоценоз (от лат. биос – жизнь, ценоз – общий) – совокупность популяций всех видов организмов, населяющих определѐнную географическую территорию, отличающуюся от других соседних территорий по химическому составу почв, вод, а также по ряду физических показателей (например, высота над уровнем моря и т.д.). Способность использовать для своей жизнедеятельности различные источники энергии и химические субстраты является необходимым условием жизни (на этой основе осуществляются круговороты биогенных элементов – т.е. тех элементов, из которых состоят живые организмы). Вид (биол.) – совокупность особей, населяющих определѐнный ареал, способных к скрещиванию и образованию плодовитого потомства, обладающих рядом общих морфофизиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средой, отделѐнных от других таких же групп особей практически полным отсутствием гибридных форм. В природе каждый существующий вид представляет сложный комплекс или даже систему внутривидовых групп, которые охватывают в своѐм составе особей со специфическими чертами строения, физиологии и поведения. Таким внутривидовым объединением является популяция. Популяция - элементарная группировка организмов определѐнного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях среды (Шварц С.С., 1980). Изучением популяционного уровня организации занимается раздел экологии – демэкология. Общий набор взаимодополняющих категорий организмов составляет систему из трѐх компонентов: консументов, продуцентов, редуцентов. Продуценты (от лат. producere – продукция) – организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических с использованием энергии солнца (фототрофы – растения), или при окислении минеральных веществ (хемотрофы – железобактерии, серобактерии и т.д.). Т.Е. это Автотрофные живые организмы, которые способны синтезировать органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. Консументы (от лат. consomo – потребляю) – организмы, нуждающиеся в органической пище, т.е. Гетеротрофные организмы Растительноядные организмы, например заяц, антилопа и т.д., относятся к консументам первого порядка (фитофаги). Хищники, например волк, рысь и т.д., относятся к консументам второго порядка (зоофаги). Вторичные хищники, питающиеся плотоядными животными, являются консументами третьего порядка. Редуценты (от лат. reducere – возвращать, разрушать) – организмы, разлагающие органическое вещество до неорганических соединений. Окисление идѐт с образованием воды, оксидов углерода, азота и других простых минеральных веществ. Сапрофаги (сапро – отмерший; фагия - пожирание) – организмы, питающиеся мѐртвыми органическими остатками, например, почвенные черви, в том числе некрофаги (некро – труп) – питаются трупами животных, детритофаги (детрит – опад) – питаются детритом, например, некоторые донные организмы. Через экосистему осуществляется непрерывный поток энергии, источником которой является солнце, а продуценты способны усваивать эту энергию и передавать на последующие трофические уровни. Круговорот биогенных элементов осуществляется по пищевым цепям и сетям. Пищевая цепь – последовательность передачи энергии от одной группы организмов к другой. Примером пищевой цепи является цепь: луговые растения (автотрофы) → заяц (гетеротроф, а именно фитофаг) → волк (гетеротроф – зоофаг). Цепи питания, начинающиеся с растительных организмов, называются автотрофными, или пастбищными, а те, которые начинаются с мѐртвого органического вещества, называются гетеротрофным, или детритными, или цепями выедания. В экосистеме с предыдущего трофического уровня на последующий передаѐтся около 10 % энергии (правило Линдемана). Все виды организмов в биоценозе выполняют свою роль, т.е. имеют свою экологическую нишу – положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды. Каждый вид адаптирован к строго определѐнной, специфичной для него совокупности условий существования. Местообитание является только частью экологической ниши. По выражению Ч. Элтона, (1934), экологическая ниша – «это место вида в живом окружении, его отношение к пище и к врагам».