Понятие об экологии. Объект и предмет изучения общей экологии. Что является предметом изучения экологии

Предмет и задачи экологии

Экология (от греч. «ойкос » - дом, жилище и «логос » - учение) - наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с дру­гими естественными науками - химией, физикой, геологи­ей, географией, почвоведением, математикой.

Предметом экологии является совокупность или струк­тура связей между организмами и средой.

Главный объект изучения в экологии - экосистемы , т. е. единые природ­ные комплексы, образованные живыми организмами и сре­дой обитания. Кроме того, она изучает отдельные виды организмов (организменный уро­вень), их популяции, т. е. совокупность особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (био­сферный уровень).

Различают два вида экологии – общую и прикладную.

Общая экология – изучает об­щие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды обитания (включая человека как биологическое суще­ство).

В составе общей экологии выделяют следующие основ­ные разделы:

­ Аутэкология (от греч. autos - сам) - раздел экологии, в задачу которого входит установление пределов существования особи (орга­низма) и тех пределов физико-химических факторов, в диапазоне ко­торых организм может существовать. Изучение реакций организма на воздействия факторов среды позволяет выявить не только пре­делы, в которых он может существовать, но и физиологические и морфологические изменения, характерные для данных особей. Поэтому аутэкология изучает взаимоотношения организма с внешней средой, в основе которых лежат его морфофизиологические реакции на воздействия среды. С изучения этих реакций начинается любое экологическое исследование. Причем основное внимание уде­ляется биохимическим реакциям, интенсивности газового и водного обмена, а также другим физиологическим процессам, которые опре­деляют состояние организма. При проведении исследований используются сравнительно-экологи­ческий и эколого-географический методы, сопоставляются состояние и реакция организма на внешние воздействия в различные периоды жизни (сезонная и суточная активность). Большое место в аутэкологических исследованиях занимает изучение влияния на организм естес­твенной и искусственной радиоактивности, техногенного загрязнения.

­ аутэкологию , исследующую индивидуальные связи отдель­ного организма (вида, особи) с окружающей его средой;

­ популяционную экологию (демоэкологию) , в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдель­ных видов, взаимоотношения между организмами одного вида в пределах популяции и средой обитания. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии;

­ синэкологию (биоценологию) - учение об экосистемах (биогеоценозах), изучающую взаимоотноше­ние популяций, сообществ и экосистем со средой.

­ !!глобальная экология - учение о роли живых организмов (живого вещества) и продуктов их жизнедеятельности в создании земной оболочки (атмосферы, гидросферы, литосферы) ее функционирования.

Для всех этих направлений главным является изучение выживания живых существ в окружающей среде и задачи перед ними стоят преимущественно биологического свойст­ва - изучить закономерности адаптации организмов и их со­обществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы и т. д.

Кроме того, экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования, т.е. различают экологию животных, экологию растений и экологию микроорганизмов.

В последнее время роль и значение биосферы как объек­та экологического анализа непрерывно возрастает. Особен­но большое значение в современной экологии уделяется про­блемам взаимодействия человека с окружающей природной средой. Выдвижение на первый план этих разделов в эколо­гической науке связано с резким усилением взаимного отри­цательного влияния человека и среды, возросшей ролью экономических, социальных и нравственных аспектов, в связи с резко негативными последствиями научно-технического прогресса.

Таким образом, современная экология не ограничивает­ся только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения главным образом животных и растений, она пре­вращается в междисциплинарную науку, изучающую слож­нейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Актуальность и многогранность этой проблемы, вы­званной обострением экологической обстановки в масшта­бах всей планеты, привела к «экологизации» многих естест­венных, технических и гуманитарных наук.

Например, на стыке экологии с другими отраслями зна­ний продолжается развитие таких новых направлений, как инженерная экология, геоэкология, математическая экология, сельскохозяйственная экология, космическая экология и т. д.

Экологическими проблемами Земли как планеты зани­мается интенсивно развивающаяся глобальная экология , ос­новным объектом изучения которой является биосфера как глобальная экосистема. В настоящее время появились и та­кие специальные дисциплины, как социальная экология, изу­чающая взаимоотношения в системе «человеческое общест­во - природа», и ее часть - экология человека (антропоэкология), в которой рассматривается взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающим миром.

Современная экология тесно связана с политикой, эко­номикой, правом (включая международное право), психологией и педагогикой, так как только в союзе с ними возмож­но преодолеть технократическую парадигму мышления, свой­ственную XX в., и выработать новый тип экологического сознания, коренным образом меняющий поведение людей по отношению к природе.

С научно-практической точки зрения вполне обоснована деление экологии на теоретическую и прикладную.

Теоретическая экология вскрывает общие закономерно­сти организации жизни.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процес­са и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Научную основу прикладной экологии составляет система общеэкологических законов, правил и принципов.

Исходя из приведенных выше понятий и направлений сле­дует, что задачи экологии весьма многообразны.

В общетеоретическом плане к ним относятся:

­ 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, которые экология должна решать в настоящее время, следующие:

­ прогнозирование и оценка возможных отрицательных по­следствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;

­ улучшение качества окружающей природной 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 наиболее неблагополучных районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе ново­го взгляда, рассматривающего человеческое общество как не­отъемлемую часть биосферы.

Задачи экологии:

­ изучение механизмов адаптации живых организмов к условиям среды;

­ доработка научной основы рационального использования природных ресурсов и сохранение нормальной среды обитания;

­ регуляция численности населения;

­ разработка систем и мероприятий, обеспечивающих минимальное использова­ние химических средств в сельском хозяйстве;

­ экологическая индикация для изучения систем загрязнения;

­ разработка экологического мониторинга - системы повторных целенаправленных исследований параметров окружающей среды;

Задачи экологии применительно к проектно–конструкторской и инженерной деятельности:

­ оптимизация инженерных решений на стадии проектирования с точки зрения наименьшего вреда;

­ прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий новых инженерных решений;

­ своевременное выявление и корректировка технологических процессов нанося­щих ущерб окружающей среде.

Развитие организма как живой целостной системы

Организм - любое живое существо. Он отличается от неживой природы определенной совокупностью свойств, при­сущих только живой материи: клеточная организация; обмен веществ при ведущей роли белков и нуклеиновых кислот, обес­печивающий гомеостаз организма - самовозобновление и поддержание постоянства его внутренней среды. Живым ор­ганизмам присущи движение, раздражимость, рост, развитие, размножение и наследственность, а также приспособляемость к условиям существования - адаптация .

Взаимодействуя с абиотической средой, организм высту­пает как целостная система, включающая в себя все более низкие уровни биологической организации (левая часть «спек­тра», рис. 1.1). Все эти части организма (гены, клетки, кле­точные ткани, целые органы и их системы) являются компо­нентами и системами доорганизменного уровня. Изменение одних частей и функций организма неизбежно влечет за со­бой изменение других его частей и функций. Так, в изменяющихся условиях существования, в результате естествен­ного отбора, те или иные органы получают приоритетное раз­витие. Например, мощная корневая система у растений за­сушливой зоны (ковыль) или «слепота» в результате редук­ции глаз у ночных животных, существующих в темноте (крот).

Живые организмы обладают обменом веществ, или ме­таболизмом, при этом происходит множество химических ре­акций. Примером таких реакций могут служить дыхание, ко­торое еще Лавуазье и Лаплас считали разновидностью горения, или фотосинтез, посредством которого зелеными расте­ниями связывается солнечная энергия, а результаты дальней­ших процессов метаболизма используются всем растением, и др.

Как известно, в процессе фотосинтеза кроме солнечной энергии используется двуокись углерода и вода. Суммарно химическое уравнение фотосинтеза выглядит так:

Практически вся двуокись углерода (С0 2) поступает из ат­мосферы и днем ее движение направлено вниз, к растениям, где осуществляется фотосинтез и выделяется кислород. Дыха­ние - процесс обратный, и движение СО 2 ночью направлено вверх и идет поглощение кислорода.

Некоторые микроорганизмы, бактерии, способны создавать органические соединения и за счет других компонентов, напри­мер за счет соединений серы. Такие процессы называются хе­мосинтезом .

Обмен веществ в организме происходит только при уча­стии особых макромолекулярных белковых веществ - фермен­тов, выполняющих роль катализаторов. Каждая биохимиче­ская реакция в процессе жизни организма контролируется осо­бым ферментом, который в свою очередь контролируется единичным геном. Изменение гена, называемое мутацией, приво­дит к изменению биохимической реакции вследствие измене­ния фермента, а в случае нехватки последнего и к выпадению соответствующей ступени метаболической реакции.

Однако не только ферменты регулируют процессы метабо­лизма. Им помогают коферменты - это крупные молекулы, частью которых являются витамины -вещества, необходимые для обмена веществ всех организмов - бактерий, зеленых рас­тений, животных и человека. Отсутствие витаминов ведет к болезням: нарушается обмен веществ.

Наконец, для ряда метаболических процессов необходи­мы особые химические вещества, называемые гормонами, которые вырабатываются в различных местах (органах) ор­ганизма и доставляются в другие места кровью или посред­ством диффузии. Гормоны осуществляют в любом организ­ме общую химическую координацию метаболизма и помога­ют в этом деле, например, нервной системе животных и че­ловека.

На молекулярно-генетическом уровне особенно чувстви­тельно воздействие загрязняющих веществ, ионизирующей и ультрафиолетовой радиации. Они вызывают нарушение гене­тических систем, структуры клеток и подавляют действие фер­ментных систем. Все это приводит к болезням человека, жи­вотных и растений, угнетению и даже уничтожению видов, живых организмов.

Метаболические процессы протекают с различной интен­сивностью на протяжении всей жизни организма, всего пути его индивидуального развития. Этот его путь от зарождения и до конца жизни называется онтогенезом. Онтогенез представляет собой совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпе­ваемых организмом за весь период жизни.

Онтогенез включает рост организма, т. е. увеличение мас­сы и размеров тела, и дифференциацию, т. е. возникновение различий между однородными клетками и тканями, приводя­щее их к специализации по выполнению различных функций в организме. У организмов с половым размножением онтоге­нез начинается с оплодотворенной клетки (зиготы). При бес­полом размножении - с образованием нового организма пу­тем деления материнского тела или специализированной клетки, путем почкования, а также от корневища, клубня, лукови­цы и т. п.

Каждый организм в онтогенезе проходит ряд стадий раз­вития. Для организмов, размножающихся половым путем, раз­личают зародышевую (эмбриональную), послезародышевую (постэмбриональную) и период развития взрослого организ­ма. Зародышевой период заканчивается выходом зародыша из яйцовых оболочек, а у живородящих - рождением. Важ­ное экологическое значение для животных имеет первоначаль­ный этап послезародышевого развития - протекающий по ти­пу прямого развития или по типу метаморфоза. В первом случае идет постепенное развитие во взрослую форму (цып­ленок - курица и т. д.), во втором - развитие происходит вначале в виде личинки, которая существует и питается само­стоятельно, прежде чем превратиться во взрослую особь (го­ловастик - лягушка). У ряда насекомых личиночная стадия позволяет пережить неблагоприятное время года (низкие тем­пературы, засуху и т. д.)

В онтогенезе растений различают рост, развитие (форми­руется взрослый организм) и старение (ослабление биосинтеза всех физиологических функций и смерть). Основной особенно­стью онтогенеза высших растений и большинства водорослей является чередование бесполого (спорафит) и полового (гема-тофит)поколений.

Процессы и явления, проходящие на онтогенетическом уров­не, т. е. на уровне индивида (особи), - это необходимое и весь­ма существенное звено функционирования всего живого. Процессы онтогенеза могут быть нарушены на любой стадии дей­ствием химического, светового и теплового загрязнения среды и привести к появлению уродов или даже привести к гибели индивидов на послеродовой стадии онтогенеза.

Современный онтогенез организмов сложился в течение длительной эволюции, в результате их исторического разви­тия - филогенеза. Не случайно этот термин ввел Э. Геккель в 1866 г., так как для целей экологии необходима реконструк­ция эволюционных преобразований животных, растений и мик­роорганизмов. Этим занимается наука - филогенетика, кото­рая базируется на данных трех наук - морфологии, эмбриоло­гии и палеонтологии.

Взаимосвязь между развитием живого в историко-эволю-ционном плане и индивидуальным развитием организма сфор­мулирована Э. Геккелем в виде биогенетического закона: он­тогенез всякого организма есть краткое и сжатое повторение филогенеза данного вида. Иными словами, вначале в утробе матери (у млекопитающих и др.), а затем, появившись на свет, индивид в своем развитии повторяет в сокращенном виде исто­рическое развитие своего вида.

Системы организмов и биота Земли

В настоящее время на Земле насчитывается более 2,2 млн видов организмов. Систематика их все более усложняется, хо­тя основной ее скелет остается почти неизменным со времени ее создания выдающимся шведским ученым Карлом Линнеем в середине XVII в.

Таблица 1.1

Высшие таксоны систематики империи клеточных организмов

Оказалось, что на Земле существуют две большие группы организмов, различия между которыми намного более глубо­ки, чем между высшими растениями и высшими животными, и, следовательно, по праву среди клеточных были выделены два надцарства: прокариотов - низкоорганизованных доядерных и эукаритов - высокоорганизованных ядерных. Прока­риоты (Ргосагуо1а) представлены царством так называемых дро­бянок, к которым относятся бактерии и синезеленые водорос­ли, в клетках которых нет ядра и ДНК в них не отделяется от цитоплазмы никакой мембраной. Эукариоуы (Еисагуо1а) пред­ставлены тремя царствами: животных, грибов и растений, клетки которых содержат ядро и ДНК отделена от цитоплазмы ядерной мембраной, поскольку находится в самом ядре. Гри­бы выделены в отдельное царство, так как оказалось, что они не только не относятся к растениям, но имеют, вероятно, происхождение от амебоидных двужгутиковых простейших, т.е. имеют более тесную связь с животным миром.

Однако такое деление живых организмов на четыре царст­ва еще не легло в основу справочной и учебной литературы, поэтому при дальнейшем изложении материала мы придер­живаемся традиционных классификаций, но которым бактерии, синезеленые водоросли и грибы являются отделами низших растений.

Всю совокупность растительных организмов данной тер­ритории планеты любой детальности (региона, района и т.д.) называют флорой, а совокупность животных организмов - фауной.

Флора и фауна данной территории в совокупности состав­ляют биоту. Но эти термины имеют и гораздо более широкое применение. Например, говорят: флора цветковых растений, флора микроорганизмов (микрофлора), микрофлора почв и т. п. Аналогично используется термин «фауна»: фауна млекопитаю­щих, фауна птиц (орнитофауна), микрофауна и т. п. Термин «биота» используют, когда хотят оценить взаимодействие всех живых организмов и среды или, скажем, влияние «почвенной биоты» на процессы почвообразования и др. Ниже приводится общая характеристика фауны и флоры в соответствии с класси­фикацией (табл. 1.1).

Прокариоты являются древнейшими организмами в ис­тории Земли, следы их жизнедеятельности выявлены в отло­жениях протерозоя, образовавшихся около миллиарда лет на­зад. В настоящее время их известно около 5000 видов.

Самыми распространенными среди дробянок являются бактериин в настоящее время это самые распространенные в биосфере микроорганизмы. Их размеры составляют от деся­тых долей до двух-трех микрометров.

Бактерии распространены повсеместно, но больше всего их в почвах - сотни миллионов на один грамм почвы, а в черноземах - более двух миллиардов.

Микрофлора почв весьма разнообразна. Здесь бактерии вы­полняют различные функции и подразделяются на следую­щие физиологические группы: бактерии гниения, нитрофи-цирующие, азотофиксирующие, серобактерии и др. Среди них есть аэробные и анаэробные формы.

В результате эрозии почв бактерии попадают в водоемы. В прибрежной части их до 300 тыс. в 1 мл, с удалением от берега и с глубиной их количество снижается до 100-200 осо­бей на 1 мл.

В атмосфере воздуха бактерий значительно меньше.

Широко распространены бактерии в литосфере ниже поч­венного горизонта. Под почвенным слоем их всего на поря­док меньше, чем в почве. Бактерии распространяются на сот­ни метров в глубину земной коры и даже встречаются на глу­бине двух и более тысяч метров.

Синезеленые водоросли сходны по строению с бактери­альными клетками, являются фотосинтезирующими автотро­фами. Обитают преимущественно в поверхностном слое пре­сноводных водоемов, хотя есть и в морях. Продуктом их ме­таболизма являются азотистые соединения, способствующие развитию других планктонных водорослей, что при опреде­ленных условиях может привести к «цветению» воды и к ее загрязнению, в том числе и в водопроводных системах.

Эукариоты - это все остальные организмы Земли. Са­мые распространенные среди них - растения, которых около 300 тыс. видов.

Растения - это практически единственные организмы, которые создают органическое вещество за счет физических (неживых) ресурсов - солнечной инсоляции и химических эле­ментов, извлекаемых из почв (комплекс биогенных элемен­тов). Все остальные питаются уже готовой органической пи­щей. Поэтому растения как бы создают, продуцируют пищу для всего остального животного мира, т. е. являются проду­центами.

Все одноклеточные и многоклеточные формы растений имеют, как правило, автотрофное питание за счет процессовфотосинтеза.

Водоросли - это большая группа растений, живущих в во­де, где они могут либо свободно плавать, либо прикрепляться к субстрату. Водоросли - это первые на Земле фотосинтези-рующие организмы, которым мы обязаны появлением кисло­рода в ее атмосфере. Кроме того, они способны усваивать азот, серу, фосфор, калий и другие компоненты непосредственно из воды, а не из почвы.

Остальные, более организованные растения - обитате­ли суши. Они получают питательные элементы из почвы по­средством корневой системы, которые транспортируются че­рез стебель в листья, где берут начало процессы фотосинте­за. Лишайники, мхи, папоротникообразные и цветковые ра­стения являются одним из важнейших эементов географи­ческого ландшафта, доминируют здесь цветковые, которых более 250 тыс. видов. Растительность суши - главный ге­нератор кислорода в атмосферу и ее бездумное уничтожение не только оставит животных и человека без пищи, но и без кислорода.

Низшие почвенные грибы играют основную роль в про­цессах почвообразования.

Животные представлены большим разнообразием форм и размеров, их более 1,7 млн видов. Все царство животных - это гетеротрофные организмы, консументы.

Наибольшее количество видов и наибольшая численность особей у членистоногих. Насекомых, например, столько, что на каждого человека их приходится более 200 млн особей. На втором месте по количеству видов стоит класс моллюсков, но их численность значительно меньше, чем насекомых. На третьем месте по числу видов выступают позвоночные, среди которых млекопитающие занимают примерно десятую часть, а половина всех видов приходится на рыб.

Значит, большая часть видов позвоночных формировалась в водных условиях, а насекомые - это сугубо животные су­ши.

Насекомые развивались на суше в тесной связи с цветко­выми растениями, являясь их опылителями. Эти растения поя­вились позже других видов, но более половины видов всех растений приходится на цветковые. Видообразование в этих двух классах организмов находилось и находится сейчас в тес­ной взаимосвязи.

Если сравнить количество видов сухопутных организмов и водных, то это соотношение будет примерно одинаково и для растений, и для животных: количество видов на суше - 92-93 %, в воде - 7-8 %, значит, выход организмов на сушу дал мощный толчок эволюционному процессу в направлении увеличения видового разнообразия, что ведет к повышению устойчивости природных сообществ организмов и экосистем в целом.

ПОНЯТИЕ ОБ ЭКОСИСТЕМЕ

Концепция функционирования экосистемы

Термин «экосистема » введен английским ботаником А. Тенсли в 1935 году, хотя мысль о взаимосвязи и единстве организмов и среды их обитания высказывалась еще древ­ними учеными. Лишь в конце прошлого века стали появляться публи­кации, включающие понятия, идентичные термину «экосистема», при­чем практически одновременно в американской, западноевропейской и русской научной литературе. Так, немецкий ученый К. Мёбиус в 1877 г. ввел термин «биоценоз», через 10 лет американский биолог С. Форбс опубликовал свой классический труд об озере как водной экосистеме. В 1846-1903 гг. основоположник почвоведения в России В.В. Докучаев отмечал в своих трудах единство живых организмов с материнской породой при образовании почв. Примерно на рубеже XIX-XX вв. появилось серьезное отношение к идее о том, что приро­да функционирует как целостная система независимо от того, о какой среде идет речь - пресноводной, морской или наземной. Но только спустя полвека была разработана общая теория систем, началось развитие нового, количественного направления экологии экосистем. Основоположниками этого направления были Ф. Хатчинсон, Р. Маргалеф, К. Уатт, П. Пэттен, Ван Дайн, Г. Одум.

Экосистема - основная функциональная единица в экологии. Она включает в себя все организмы (биотическое сообщество), сов­местно функционирующие на конкретной территории, которые взаи­модействуют с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биотические структуры и круговорот ве­ществ между живой и неживой частями.

1. Предмет, цели и объекты, изучаемые экологией. Методы экологических исследований.

2. Принципы рационального использования природных ресурсов.

3. Понятие о токсичности загрязнителей ОПС. Виды доз токсичных веществ. Факторы, влияющие на токсичность и тяжесть воздействия загрязнителя на ОПС.

4. Альтернативные источники получения энергии.

5. Окружающая среда и болезни человека.

Вопрос №1. Предмет, цели и объекты, изучаемые экологией. Методы экологических исследований.

Экология - это наука, изучающая взаимодействие между организмами и окружающей их живой и не живой средой.

Главная цель экологи изучить, как работает экосфера.

Объектами изучения экологии являются:

ü живые организмы

ü популяции

ü сообщества

ü биогеоценоз

ü экосистемы

ü экосфера

Методы экологических исследований

Методологической основой экологии является системный подход в исследованиях. На основе системного подхода изучают свойства высокоорганизованных объектов, т.е. многообразие связей между элементами экосистемы, их разнокачественость и соподчинение. При этом нельзя забывать о том, что экосистемы находятся в состоянии динамического равновесия и способны противостоять изменениям природной среды.

Системный подход состоит из следующих этапов: определение состава экосистемы и объектов окружающей среды, которые оказывают воздействие на нее; определение совокупности внутренних связей и связей с окружающей средой. В системном анализе используют различные методы.

Наблюдения проводят за состоянием отдельных экосистем и компонентов экосистемы в конкретных условиях (в поле), за их взаимосвязи в различных ландшафтах. Определяют видовой состав всех организмов экосистем и условия их существования. Устанавливают связи между видами, неживыми компонентами, между организмами различных видов и природно-климатическими условиями. Особое внимание уделяют количественным характеристикам – температуре, влажности, численности и плотности популяций и др. Выделяют различные зависимости, связи между элементами экосистемы и внешними условиями, а также постоянно исследуют динамику (сезонную, годовую, многолетнюю) всех организмов экосистем.

Наилучший метод наблюдений – метод мониторинга на определенных стационарах с использованием современных датчиков, дистанционного зонирования.

Когда экосистему изучают без нарушения ее функционирования, это относится к наблюдениям, даже если в исследованиях применяют какую-либо аппаратуру, например датчику. Исследование, связанные с вмешательством состав или структуру экосистемы (введение дополнительных факторов – внесение удобрений, химических средств борьбы с вредными видами, орошение, осушение и др.), относятся к экспериментам. Они могут быть однофакторными или многофакторными (изучают один или несколько изменяющихся факторов), непреднамеренными антропогенными (отстрел волков в Канаде).

Наблюдаемые факторы проверяют на математических моделях, Часто применяют и биологические модели – экосистемы из организмов, создаваемых в лабораториях. Это промежуточный этап между природными экосистемами и математическими моделями.

Моделирование – основа научного анализа системной экологии. Процесс перевода физических, биохимических, биологических представлений об экосистемах в ряд зависимостей и операции над полученной математической системой называют системным анализом.

При моделировании стремятся создать упрощенную модель, сходную с оригиналом. Свойства и поведение модели можно эффективно исследовать, а данные изучения применить к оригиналу. Для моделирования используют различные методы, в том числе модели идеализированных экосистем из одной популяции при полном достатке элементов питания, отсутствии вредителей и болезней.

Моделирование природных процессов – метод анализа результатов исследований экологических проблем путем упрощения сложных экосистем, применения математических методов, кибернетики, ЭВМ. Степень детализации моделей зависит от уровня из вхождения в общую структуру системы, конкретных пространственно-временных характеристик моделируемых на определенных уровнях природных процессов. Модели общего характера отражают информационную взаимосвязь различных уровней экосистем, включают многофункциональные проявления объектов среды для прогнозирования путей эволюции экологических систем, создания моделей более совершенных экосистем по сравнению с существующими.

М.Э. Гусельников, В.Н. Стройнова
Биоэкология
Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2002. – 104 с.

Предмет изучения экологии

Экология – это наука, изучающая взаимосвязи между организмами и окружающей их средой, а также условия существования этих организмов. Как наука экология зародилась во второй половине XIX в., после научных трудов естествоиспытателей, биологов, зоологов: Дарвина, Геккеля, Гумбольдта, Рулье. Экология относится к естественным наукам, использует достижения и методы познания физики, химии, математики. Например, развитие живых систем подчиняется законам термодинамики открытых систем, круговорот веществ описывается законами химии, законы наследственности, миграция животных, динамика популяций описаны с помощью теории вероятностей. Кроме того, экология включает элементы геологии и геофизики (эволюция Земли), биологии (законы развития живых организмов), генетики (законы наследственности живых организмов), физиологии и социологии человека.

Со времени своего рождения эта наука претерпела существенные изменения и продолжает бурно развиваться в наши дни. В настоящее время предмет экологии как науки составляют следующие компоненты:

1. Живые системы и их взаимодействие со средой обитания.

2. Природа в целом и взаимодействие ее с обществом.

3. Особый общенаучный подход к исследованию проблем взаимодействия организмов, биосистем и среды (экологический подход).

4. Научные и практические проблемы взаимоотношений человека и природы (экологические проблемы).

Структура экологии. Системность жизни

Структуру современной экологии иллюстрирует рис.1.1. Современную экологию представляют четыре больших раздела: биоэкология, геоэкология, прикладная экология, социальная экология. В нашем курсе будет кратко изучаться каждый из этих разделов. Учеными установлено, что жизнь на Земле имеет системное строение. То есть жизнь существует в форме самоподдерживающихся и саморегулирующихся систем. Поскольку жизнь на Земле имеет системное строение, для экологии характерно исследование своих объектов как СИСТЕМ. Причем живые системы являются незамкнутыми (открытыми) и подчиняются законам термодинамики открытых систем. СИСТЕМА — это множество одинаковых элементов, взаимодействующих друг с другом и образующих целостное единство. Выделяют материальные и абстрактные системы. Материальные системы разделяются на неорганические (физика, химия, геология) и органические живые (биологические, социальные, экосистемы, популяции, организмы). Абстрактные системы: логические, языковые, математические. Системы характеризуются иерархией и упорядоченностью элементов. Количественные меры порядка — информация I , энтропия S . Причем I пропорционально 1/S . Сама система может быть частью более сложной системы (подсистема). Или в нее могут входить как составные части другие системы (надсистема). Пример систем в физике: система с распределенными параметрами, с сосредоточенными параметрами, система взаимодействующих тел.

Общесистемные законы

Как мы будем изучать экологию? Живые системы отличаются размером, способами взаимодействия с окружающей средой, способами внутренних связей. В общем случае системы различаются степенью организации. Биосфера Земли имеет более высокую организацию, чем популяция. Существует определенная иерархия систем — подчиненность сверху вниз. В наших лекциях мы будем продвигаться сверху вниз — от биосферы до организма, от высокого уровня организации систем к низкому. Все системы области распространения жизни на Земле – БИОСФЕРЫ — представлены на рис. 1.2. Они подчиняются законам физики, химии, генетики, экологии. Все живые незамкнутые системы подчиняются теории систем и законам термодинамики открытых систем.

Основные из них: закон подобия части и целого, закон необходимого разнообразия, закон минимума диссипации энергии.

ЗАКОН ПОДОБИЯ ЧАСТИ И ЦЕЛОГО: часть является миниатюрной копией целого, поэтому все части одного уровня иерархии систем похожи. Например, модель атома Резерфорда похожа на солнечную систему, или сложный многоклеточный организм похож на одноклеточный, поскольку генетически каждая клетка содержит информацию об организме.

ЗАКОН НЕОБХОДИМОГО РАЗНООБРАЗИЯ. Никакая система не может состоять из абсолютно идентичных элементов. Например, атомы в кристаллической решетке различаются положениями в решетке; электроны на одной орбите — направлениями спина (принцип Паули).

ПРАВИЛО КОНСТРУКТИВНОЙ ЭМЕРДЖЕНТНОСТИ: надежная система может быть сложена из ненадежных элементов или подсистем, неспособных к самостоятельному существованию. Например, муравейник или пчелиный рой.

ТЕОРЕМА СОХРАНЕНИЯ УПОРЯДОЧЕННОСТИ: в открытых системах (каковыми являются все живые системы) энтропия не возрастает, а падает до определенной постоянной величины S 0 > 0 либо остается постоянной. Следовательно, информация I возрастает до определенной величины I 0 > 0 или остается постоянной. То есть система стремится сохранить упорядоченность, используя приток энергии из окружающей среды.

ЗАКОН МИНИМУМА ДИССИПАЦИИ ЭНЕРГИИ или ЭКОНОМИИ ЭНЕРГИИ: если процесс может развиваться в нескольких направлениях, допускаемых законами термодинамики, то процесс пойдет в направлении минимального рассеяния энергии (или минимального роста энтропии).

Эти всеобъемлющие законы справедливы для любых систем, как живых, так и неживых.

При изучении экологии используются следующие основные термины и определения:

БИОСФЕРА — это своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества, которая находится с ними во взаимодействии. Учение о биосфере разработал в 1926 г. академик Вернадский. Он понимал под биосферой область существования живого вещества.

ЭКОСИСТЕМА — совокупность совместно обитающих различных видов организмов и условий их существования, находящихся в тесной непрерывной взаимосвязи друг с другом. Экосистема существует достаточно изолированно от остальной части биосферы. Она включает в себя ландшафт, водоемы, растения и животных. По размерам экосистемы могут быть разными — от дерева до Земли. Биосфера Земли называется глобальной экосистемой.

ПОПУЛЯЦИЯ — совокупность особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой, имеющая совместно произведенное потомство и населяющая одну территорию. Популяция функционирует в одной экосистеме и является частью сообщества. Могут быть растительные и животные популяции.

СООБЩЕСТВО — совокупность взаимодействующих между собой популяций, живущих в одних климатических условиях внутри одной экосистемы. Например, насекомые и суслики в степи служат пищей птицам и волкам.

ВИД – совокупность особей (живых организмов), способных иметь совместное, способное к репродуктивным функциям, потомство.

ЖИВОЙ ОРГАНИЗМ – состоит из органического вещества, отличается обменом веществ с окружающей средой и способностью к воспроизведению себе подобных.

Методы экологии как науки

При изучении экологии используются следующие методы:

1. Описательный, когда наука описывает внешние связи и поведение объекта. Реализовался начиная с античных времен в ботанике, географии, зоологии.

2. Функциональный или метод “черного ящика”. Позволяет предсказать поведение выделенного объекта на основе наблюдения и анализа входных и выходных данных черного ящика. При этом отсутствует анализ внутренней структуры черного ящика.

3. Аналитический подход. Изучается внутренняя структура объекта, состоящего из более простых элементов.

4. Системный (экологический) подход является основным методом познания современной экологии как науки.

СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД — это метод научного познания, в основе которого лежит представление об изучаемых объектах как системах. Исследователь должен изучать типы связей внутри системы, взаимодействие систем с другими системами, строить общую теоретическую картину связей. Системный подход применяется не только в экологии, но и в кибернетике, технике, управлении, экономике. Пример системного подхода в экологии приведен на рис. 1.3. Экосистема мысленно расчленяется на объект и окружающую среду, при этом изучаются взаимодействия между ними — обмен веществом, энергией и информацией, их составные элементы, поведение и изменение системы со временем — динамика.

Эксперименты в экологии до сих пор имели отрицательные последствия для биосферы Земли. Например, вырубка лесов с целью приобретения пахотных земель привела к опустыниванию почв. Тысячи лет назад на месте Сахары была буйная растительность.

В наши дни особо важным компонентом предмета экологии как науки становится окружающая среда, а именно экологические проблемы взаимодействия человека и окружающей среды. Экологические проблемы включают загрязнение окружающей среды, истощение пищевых и энергетических ресурсов биосферы, нарушение устойчивости и снижение разнообразия видов (Красная книга). Решением экологических проблем должны заниматься как отдельные люди, так и крупные организации.

Таким образом, современная экология как наука включает в себя не только методы изучения других естественных наук, но и формирует в сознании нынешнего поколения ответственность перед будущими поколениями за состояние окружающей среды и здоровье людей. Последнее связывает экологию с этикой, культурой, психологией.

Цели и задачи курса.

Курс лекций рассчитан на семестр и состоит из трех модулей:

1. Биоэкология — 9 лекций.

2. Влияние деятельности человека на биосферу — 5 лекций.

3. Методы инженерной защиты окружающей среды — 3 лекции.

Цель курса: изучение основных законов экологии как науки, усвоение терминологии, изучение закономерностей поведения экосистем разного ранга, осознание современных экологических проблем, знание методов защиты окружающей среды.

Задачи курса:

1. Необходимость бережного отношения к природе.

2. Знать основные термины и законы экологии.

3. Знать методы инженерной защиты окружающей среды.

4. Владеть принципами здорового образа жизни.

Тест

1. Живые системы подчиняются одновременно:

1. Закону подобия части и целого, первому началу термодинамики.

2. Второму началу термодинамики, теореме сохранения упорядочен-ности.

3. Закону необходимого разнообразия, теореме сохранения

упорядоченности.

2. Выберите дисциплину, входящую в состав экологии:

2. Генетика.

3. Геоэкология.

3. Какие явления составляют предмет экологии как науки:

1. Жизнедеятельность человека.

2. Развитие растений.

3. Взаимоотношения живых организмов с окружающей средой.

4. Популяцией можно назвать:

1. Животный мир озера.

2. Стаю волков.

3. Растительность и животный мир тайги.

5. Экосистемой можно назвать:

1. Реку вместе с населяющими ее рыбами, водорослями и микро-организмами.

2. Стадо котиков на побережье Камчатки.

3. Сусликов в степи и питающихся ими ястребов.

6. Сообществом можно назвать:

1. Человеческую семью.

2. Биосферу Земли.

3. Львов и живущих поблизости антилоп.

7. Современная экология как наука использует в качестве метода познания:

1. Аналитический метод.

2. Метод „черного ящика".

3. Системный подход.

8. Выберите задачу нашего курса лекций:

1. Изучать флору и фауну российских заповедников.

2. Знать методы инженерной защиты окружающей среды.

3. Спасти мировой океан от нефтяных загрязнений.

4. Уменьшить газовое загрязнение атмосферы.

9. Выберите задачу нашего курса лекций:

1. Спасти голубого кита от вымирания.

2. Бережно относиться к природе.

3. Изобрести фильтр для очистки сточных вод.

ЭКОЛОГИЯ

1. Предмет, задачи, объект изучения
2. Экосистема. Биосфера.
3. Социальная экология. Предмет изучения социальной экологии.
4. Среда, окружающая человека, ее специфика и состояние.
5. Основные экологические требования к компонентам окружающей человека среды
6. Контроль за качеством воздуха, воды, продуктов питания
7. Демография и проблемы экологии.
8. Природные ресурсы, используемые человеком и их охрана. Понятие «загрязнение среды».
9. Прикладная экология. Экологические проблемы: региональные и глобальные.
10. Причины возникновения глобальных экологических проблем. Возможные способы
11. решения глобальных экологических проблем.
12. Возникновение концепции устойчивого развития.
13. Природоохранная деятельность

1. Экология (греч. oikos - жилище, местопребывание, logos - наука)- биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г. немецким зоологом Эрнстом Геккелем. Становление экологии стало возможным после того, как были накоплены обширные сведения о многообразии живых организмов на Земле и особенностях их образа жизни в различных местообитаниях и возникло понимание, что строение, функционирование и развитие всех живых существ, их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые необходимо изучать.

Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы , т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Задачи экологии меняются в зависимости от изучаемого уровня организации живой материи.

Популяционная экология исследует закономерности динамики численности и структуры популяций, а также процессы взаимодействий (конкуренция, хищничество) между популяциями разных видов. В задачи экологии сообществ (биоценологии) входит изучение закономерностей организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания).

Главная же теоретическая и практическая задача экологии - раскрыть общие закономерности организации жизни и на этой основе разработать принципы рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу.

Взаимодействие человеческого общества и природы стало одной из важнейших проблем современности, поскольку положение, которое складывается в отношениях человека с природой, часто становится критическим: исчерпываются запасы пресной воды и полезных ископаемых (нефти, газа, цветных металлов и др.), ухудшается состояние почв, водного и воздушного бассейнов, происходит опустынивание огромных территорий, усложняется борьба с болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.

Антропогенные изменения затронули практически все экосистемы планеты, газовый состав атмосферы, энергетический баланс Земли. Это означает, что деятельность человека вступила в противоречие с природой, в результате чего во многих районах мира нарушилось ее динамическое равновесие.

Для решения этих глобальных проблем и прежде всего проблемы интенсификации и рационального использования, сохранения и воспроизводства ресурсов биосферы экология объединяет в научном поиске усилия ботаников, зоологов и микробиологов, придает эволюционному учению, генетике, биохимии и биофизике их истинную универсальность.

В круг проблем экологии включены также вопросы экологического воспитания и просвещения, морально-этические, философские и даже правовые вопросы. Следовательно, экология становится наукой не только биологической, но и социальной.

Методы экологии подразделяются на полевые (изучение жизни организмов и их сообществ в естественных условиях, т. е. длительное наблюдение в природе с помощью различной аппаратуры) и экспериментальные (эксперименты в стационарных лабораториях, где имеется возможность не только варьировать, но и строго контролировать влияние на живые организмы любых факторов по заданной программе). При этом экологи оперируют не только биологическими, но и современными физическими и химическими методами, используют моделирование биологических явлений, т. е. воспроизведение в искусственных экосистемах различных процессов, происходящих в живой природе. Посредством моделирования можно изучить поведение любой системы с целью оценки возможных последствий применения различных стратегий и методов управления ресурсами, т. е. для экологического прогнозирования.

Для изучения и прогнозирования природных процессов широко используется также метод математического моделирования.

Такие модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях. При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте.

Предмет, структура и задачи экологии

Однако сама по себе математическая модель не может служить абсолютным доказательством правильности той или иной гипотезы, но она служит одним из путей анализа реальности.

Сочетание полевых и экспериментальных методов исследования позволяет экологу выяснить все аспекты взаимоотношений между живыми организмами и многочисленными факторами окружающей среды, что позволит не только восстановить динамическое равновесие природы, но и управлять экосистемами.

2. Экосистема. Биосфера

Экосистема – это система, состоящая из живых существ и среды их обитания объединенных в единое функциональное целое.

Основные свойства:

1) способность осуществлять круговорот веществ

2) противостоять внешним воздействиям

3) производить биологическую продукцию

Виды экосистем:

1) микроэкосистемы (ствол дерева в стадии размножения, аквариум, небольшой водоем, капля воды и т. д.)

2) мезоэкосистема (лес, пруд, степь, река)

3) макроэкосистема (океан, континент, природная зона)

4) глобальная экосистема (биосфера в целом)

Ю. Одум предложил классификацию экосистемы на основе биомов. Это крупные природные экосистемы соответствующие физико-географическим зонам. Характеризуется каким – либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта.

Типы биомов

1) наземные (тундра, тайга, степи, пустыни)

2) пресноводные (текучие воды: реки, ручьи, стоячие воды: озера, пруды, заболоченные воды: болота)

3) морские (открытый океан, воды шельфа, глубоководные зоны)

Понятие биогеоценоз и экосистема близки, но есть различия. Любой биогеоценоз это система. Экосистема может включать несколько биогеоценозов, но не каждая экосистема, есть биогеоценоз, поскольку не обладает всеми признаками его.

В экосистеме можно выделить два компонента - биотический и абиотический . Биотический делится на автотрофный (организмы, получающие первичную энергию для существования из фото- и хемосинтеза или продуценты) и гетеротрофный (организмы, получающие энергию из процессов окисления органического вещества - консументы и редуценты) компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.

Единственным источником энергии для существования экосистемы и поддержания в ней различных процессов являются продуценты, усваивающие энергию солнца, (тепла, химических связей) с эффективностью 0,1-1 %, редко 3-4,5 % от первоначального количества. Автотрофы представляют первый трофический уровень экосистемы. Последующие трофические уровни экосистемы формируются за счёт консументов (2-й, 3-й, 4-й и последующие уровни) и замыкаются редуцентами, которые переводят неживое органическое вещество в минеральную форму (абиотический компонент), которая может быть усвоена автотрофным элементом.

Основные компоненты экосистемы

С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

1.климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды;

2.неорганические вещества, включающиеся в круговорот;

3.органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии:

— продуценты - организмы, создающие первичную продукцию;

— макроконсументы, или фаготрофы, - гетеротрофы, поедающие другие организмы или крупные частицы органического вещества;

— микроконсументы (сапротрофы) - гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым возвращая в круговорот.

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.

С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов):

биофаги - организмы, поедающие других живых организмов,

сапрофаги - организмы, поедающие мёртвое органическое вещество.

Данное разделение показывает временно-функциональную связь в экосистеме, фокусируясь на разделении во времени образования органического вещества и перераспределении его внутри экосистемы (биофаги) и переработки сапрофагами. Между отмиранием органического вещества и повторным включением его составляющих в круговорот вещества в экосистеме может пройти существенный промежуток времени, например, в случае соснового бревна, 100 и более лет.

Все эти компоненты взаимосвязаны в пространстве и времени и образуют единую структурно-функциональную систему.

Термин биосфера был введён Жаном-Батистом Ламарком в начале XIX века, а в геологии предложен австрийским геологом Эдуардом Зюссом в 1875 году.

Однако создание целостного учения о биосфере принадлежит русскому учёному Владимиру Ивановичу Вернадскому.

Биосфера - экосистема высшего порядка, объединяющая все остальные экосистемы и обеспечивающая существование жизни на Земле. В состав биосферы входят следующие «сферы»:

Атмосфера - это самая лёгкая из оболочек Земли, граничит с космическим пространством; через атмосферу происходит обмен вещества и энергии с космосом (внешним пространством).

Гидросфера - водная оболочка Земли. Почти такая же подвижная, как и атмосфера, она фактически проникает всюду.Вода - соединение с уникальными свойствами, одна из основ жизни, универсальный растворитель.

Литосфера - внешняя твёрдая оболочка Земли, состоит из осадочных и магматических пород. На данный момент под земной корой понимается верхний слой твёрдого тела планеты, расположенный выше границы Мохоровичича.

Биосфера тоже не замкнутая система, она фактически полностью обеспечивается энергией Солнца, небольшую часть составляет тепло самой Земли. Ежегодно Земля получает от Солнца около 1,3·1024 калорий. 40 % от этой энергии излучается обратно в космос, около 15 % идёт на нагрев атмосферы, почвы и воды, вся остальная энергия является видимым светом, который и является источником фотосинтеза.

В. И. Вернадский впервые чётко сформулировал понимание того, что всё живое на планете неразрывно связанно с биосферой и обязано ей своим существованием:

В. И. Вернадский

Живое вещество (совокупность всех организмов на Земле) составляет ничтожно малую часть от массы Земли, однако влияние живого вещества на процессы преобразования Земли огромно. Весь тот облик Земли, который наблюдается сейчас, не был бы возможен без миллиардов лет жизнедеятельности живого вещества.

На данный момент сам человек, как часть живого вещества, является существенной геологической силой и значительно изменяет направления процессов, происходящих в биосфере, тем самым ставя под угрозу своё существование:

В ярком образе экономист Л. Брентано иллюстрировал планетную значимость этого явления. Он подсчитал, что, если бы каждому человеку дать один квадратный метр и поставить всех людей рядом, они не заняли бы даже всей площади маленького Боденского озера на границе Баварии и Швейцарии. Остальная поверхность Земли осталась бы пустой от человека. Таким образом, всё человечество, вместе взятое, представляет ничтожную массу вещества планеты. Мощь его связана не с его материей, но с его мозгом, с его разумом и направленным этим разумом его трудом. В гуще, в интенсивности и в сложности современной жизни человек практически забывает, что он сам и всё человечество, от которого он не может быть отделён, неразрывно связаны с биосферой - с определённой частью планеты, на которой они живут. Они - геологически закономерно связаны с её материально-энергетической структурой. Человечество, как живое вещество, неразрывно связано с материально-энергетическими процессами определённой геологической оболочки Земли - с её биосферой. Оно не может физически быть от неё независимым ни на одну минуту. Лик планеты - биосфера - химически резко меняется человеком сознательно и главным образом бессознательно. Меняется человеком физически и химически воздушная оболочка суши, все её природные воды.

Предмет, задачи и цели экологии

ЛЕКЦИЯ №1

Название «ЭКОЛОГИЯ» произошло от греческого «ОЙКОС» — дом, жилище и «ЛОГОС» — учение.

Краткая история экологии. Определение и содержание

Истоки экологии уходят в далекое прошлое и связаны с необходимостью на самых ранних этапах становления и развития человеческих обществ добывать себе в пищу растения и животных. Было необходимо знать, как выглядят, где и когда созревают съедобные плоды, корни и стебли растений, где лежат пути миграции диких животных, когда и где они воспроизводят потомство. Первичные знания такого рода находили отражение в произведениях Платона, Гиппократа, Аристотеля, других ученых философов древнего мира.

Термин экология в науку ввел немецкий биолог Эрнест Геккель в 1866 г. в работе «Всеобщая морфология».

Экология - это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Т.е., экология одновременно изучает неживую природу (оikos - дом) и живую природу, между которыми существует неразрывная связь. Кроме того, экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования. Выделяют экологию человека, животных, растений и микроорганизмов. В свою очередь эти группы можно исследовать на уровне особи или сообщества, а можно в воде, почве или атмосфере, в земных условиях или космических.
Экология как наука основана на разных отраслях биологии (физиологии, генетики, биофизики), связана с другими науками (физика, химия, математика, география, геология), использует их методы и термины.
В связи с этим появились в последние годы понятия "географическая экология", "химическая экология", "математическая экология", "космическая экология", и "экология человека".

Какова роль ЭКОЛОГИИ, экологических знаний в подготовке специалистов – будущих руководителей производства?В процессе профессиональной деятельности будущий специалист инженер неизбежно будет влиять на окружающую среду и живущие в ней живые организмы.

Следовательно, от того, насколько он понимает и владеет законами природы и ее структурой, будет зависеть устранение негативных последствий производства, в котором он работает.

Задачи экологии применительно к деятельности инженера промышленного производства или проектно-конструкторского предприятия следующие:

1) Оптимизация технологических, и конструкторских решений, исходя из минимального ущерба окружающей среде.

2) Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий действующих и проектируемых предприятий на окружающую среду.

3) Своевременное выявление и корректировка технологических процессов, наносящих ущерб окружающей среде.

4) Создание систем переработки отходов промышленности.

Современная экология представляет собой значительный цикл знаний, вобравшей в себя разделы различных наук.

В том числе биологии, географии, геологии, химии, физики, социологии, психологии, культурологии, экономики, педагогики и технических наук. Отсюда вытекает многообразие объектов, методов и средств экологических исследований, многие из которых оказываются заимствованы из смежных областей знаний.

Кроме того, современная экология не только изучает законы функционирования природных и техногенных систем, но ищет пути гармонического взаимоотношения природы и общества, от характера которого зависит здоровье людей, их экономическое процветание и сохранение человека как биологического вида. Решение экологических проблем требует огромной работы во всех областях науки и техники. Поэтому идеи и проблемы экологии всемерно проникают в другие научные дисциплины и внедряются в общественное развитие. Этот процесс называетсяэкологизацией общества .

В последние десятилетия экология фактически вышла за рамки только биологии и переживает колоссальное развитие в различных направлениях.

Главным объектом изучения экологии являются ЭКОСИСТЕМЫ.

Впервые понятие ЭКОСИСТЕМА ввел Геккель: ЭКОСИСТЕМЫ – это совокупность живых и неживых организмов и их взаимодействие с окружающей средой (например: поле, засеянное пшеницей – это искусственная экосистема, антропогенная система, лес – природная экосистема).

Однако в биологической экологии не учитывается человек и его влияние на окружающую среду, поэтому современное понятие экосистемы: ЭКОСИСТЕМА – это совокупность живых существ и среды обитания, объединенных в единое целое, в котором происходит обмен веществом, энергией, информацией посредством круговорота веществ. Круговорот веществ является основой стабильности экосистемы.

Кроме того, объектом экологии является изучение отдельных видов, организмов, популяций, сообществ и биосферы в целом.

ВИД – это совокупность особей, способных скрещиваться и иметь плодовитое потомство в естественных условиях, обладающий схожими морфологическими признаками и населяющий общий, сплошной или частично развернутый ареал (место обитания вида). (Например волк, кит, дельфин, слон).

ПОПУЛЯЦИЯ – совокупность особей одного вида, занимающих определенный ареал, способные к саморегулированию и поддержанию численности особей (НАПРИМЕР: индийские слоны, олень горный). В одном виде может быть несколько популяций)

Сообщество . Каждый организм или популяция имеет свое место обитания. Когда несколько популяций различных видов живых организмов живут в одном месте и взаимодействуют друг с другом, они создают так называемое экологическое сообщество.

Биосфера (био — жизнь) — часть Земли, в которой развивается жизнь организмов, населяющих поверхность суши, нижние слои атмосферы и гидросферу.

БИОСФЕРА (био — жизнь, сфера – шар) – та часть Земли, в которой существует или существовала когда-нибудь жизнь. Это определение ввел Владимир Иванович Вернадский.

Биосфера или экосфера- это сумма экосистем, включающая все живые организмы, взаимосвязанные с физической средой Земли.

Таким образом, биосфера включает в себя:

1) Живые организмы (растения, животные, микроорганизмы).

2) Тропосфера (нижний слой атмосферы).

3) Гидросфера – мировой океан (океаны, моря, реки и т.д.) (это самая обитаемая часть биосферы).

4) Литосфера (верхняя часть земной коры).

(Границы биосферы: Атмосфера – воздушная оболочка земли. В свою очередь атмосфера делится на тропосферу, стратосферу, наносферу.

1. Экология как наука

Тропосфера – нижняя часть атмосферы, затем стратосфера – условно обитаема, в ней обитают микроорганизмы, пыльца, её венчает озоновый слой. До озонового слоя 20-25 км. Дальше идет космос.)

Вернадский расширил понятие биосферы, считая горные породы тоже объектом.

В зависимости от объекта изучения Экология делится на:

а) аутоэкологию (ауто — единичный), раздел, изучающий индивидуальные виды;

б) популяционную или демэкологию – изучает структуру и динамику популяций; (демэкология от слова «демография»).

в) синэкологию — изучает взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой.

Кроме того, ЭКОЛОГИЯ классифицируется по конкретным объектам и средам исследования, т.е. различают экологию животных, экологию растений и экологию микроорганизмов.

Классификация экосистем по размерам:

1. Микроэкосистема: муравейник, лужа, капля воды, большой валун в степи, поваленное дерево в лесу, выход нескольких родников, болотная кочка, заводь или каменистый перекат в горном ручье и т.д.

2. Мезоэкосистема: овраг в степи, небольшая роща, небольшое озеро или пруд, северный или южный склоны отдельной горы.

3. Макроэкосистема: массив леса, горное ущелье, большое озеро, дельты крупных рек, мировой океан, пустыня.

БИОМЫ - широко распространенный термин для обозначения крупных региональных или субконтинентальных экосистем: биомы лиственных лесов или степей биомы тундры или тайги.

4. Глобальная экосистема – биосфера

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Лекция № 1 Введение

Предыдущая123456789Следующая

1. Объект изучения экологии - взаимодействие живых систем.

2. Методы, используемые в экологических исследованиях.

3. Роль экологии в формировании современной картины мира и в практической деятельности людей.

4. Значение экологии в освоении профессий и специальностей среднего профессионального образования.

1. Объект изучения экологии - взаимодействие живых систем

Основателем экологии считается немецкий биолог Э. Геккель (1834- 1919 гг.), который впервые в 1866 г. употребил термин «экология». Он писал: «Под экологией мы подразумеваем общую науку об отношении организма и окружающей среды, куда мы относим все "условия существования" в широком смысле этого слова. Они частично являются органической частично неорганической природы».

Первоначально этой наукой была биология, изучающая популяции животных и растений в среде их обитания.

Экология изучает системы уровня выше отдельного организма. Основными объектами ее изучения являются:

— популяция — группа организмов, относящихся к одному или сходным видам и занимающих определенную территорию;

— экосистема, включающая биотическое сообщество (совокупность популяций на рассматриваемой территории) и среду обитания;

— биосфера — область распространения жизни на Земле.

2. Методы, используемые в экологических исследованиях

Экология, как любая наука использует разнообразные методы исследований. В экологии этих методов очень много, так как экология — это междисциплинарная наука, которая базируется, кроме биологических основ, на основах географических, технических, экономических и социальных наук, математических, медицинских, метеорологических и т.д.. В связи с этим в экологии используются как общие методы, которые нашли свое применение во многих науках, так и специфические, которые обычно используются только в экологии.

Все экологические методы можно разделить на три основные группы:

— Методы, с помощью которых собирается информация о состоянии экологических объектов: растений, животных, микроорганизмов, экосистем, биосферы,

— Обработки полученной информации, свертывание, сжатия и обобщения,

— Методы интерпретации полученных фактических материалов.

В экологии используются следующие методы исследований: химические, физические, биологические, методы экологической индикации, метеорологические, метод экологического мониторинга, мониторинг бывает локальным, региональным или глобальным.

Полевые экологические исследования обычно подразделяются на маршрутные, стационарные, описательные и экспериментальные.

— Маршрутные методы используются для выяснения присутствия тех или иных жизненных форм организмов, экологических групп, фитоценозов и т. п., их разнообразия и встречаемости на исследуемой территории. Основными приемами являются: прямое наблюдение, оценки состояния, измерение, описание, составление схем и карт.

— К стационарным методам относятся приемы длительного (сезонного, круглогодичного или многолетнего) наблюдения за одними и теми же объектами, требующие неоднократных описаний, замеров, измерений наблюдаемых объектов. Стационарные методы включают полевые и лабораторные методики. Характерным примером стационарного метода является мониторинг (наблюдение, оценка, прогноз) состояния окружающей среды.

— Описательные методы являются одними из основных в экологическом мониторинге. Прямое, непосредственное наблюдение за изучаемыми объектами, фиксирование динамики их состояния во времени и оценка регистрируемых изменений позволяют прогнозировать возможные процессы в природной среде.

— Экспериментальные методы объединяют различные приемы прямого вмешательства в обычное, естественное состояние исследуемых объектов. Производимые в эксперименте наблюдения, описания и измерения свойств объекта обязательно сопоставляются с его же свойствами в условиях, не задействованных в эксперименте (фоновый эксперимент).

— В последнее время широкое распространение получил метод моделирования экологических явлений, т. е. имитация в искусственных условиях различных процессов, свойственных живой природе. Так, в "модельных условиях" были осуществлены многие химические реакции, протекающие в растении при фотосинтезе.

Определение экологии

В некоторых областях биологии и экологии широко применяются так называемые "живые модели". Несмотря на то, что различные организмы отличаются друг от друга, многие физиологические процессы в них протекают практически одинаково. Поэтому изучать их удобно на более простых существах. Они-то и становятся живыми моделями. Например, в качестве модели для изучения обмена веществ может служить зоохлорелла — одноклеточные микроскопические водоросли, которые быстро размножаются в искусственных условиях, а для исследования внутриклеточных процессов используются гигантские растительные и животные клетки и т. д.

— В настоящее время все шире используется компьютерное моделирование экологических ситуаций.

3. Роль экологии в формировании современной картины мира и в практической деятельности людей

На сегодняшний день роль экологии в жизни и практической деятельности человека растет. Это связано с обострением экологической ситуации на Земле, вызванной ростом населения, большим потреблением энергии, обострением социальных противоречий.

Дальнейшее развитие и даже существование современной цивилизации возможно только в гармонии с окружающей средой, что требует глубокого знания и соблюдения биологических закономерностей, широкого использования биотехнологии.

4. Значение экологии в освоении профессий и специальностей среднего профессионального образования

Предназначение дисциплины «Экология» обосновано необходимостью сохранения экологического благополучия на Земле, которое всецело зависит, прежде всего, от уровня экологических знаний. Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной окружающей среде начал строить свои искусственные антропогенные экосистемы.

На современном этапе он для удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не желая этого. Дисциплина призвана сформировать у обучающихся экологическую позицию, активизировать творческую деятельность студентов в учебном процессе с учетом современных тенденций и содействовать в овладении навыками проведения самостоятельных научных исследований. Основная цель в подготовке ветеринарного врача по дисциплине «Экология» состоит в том, чтобы дать студентам понятие «экологически чистой продукции животноводства и растениеводства».

РАЗДЕЛ 1.ЭКОЛОГИЯ КАК НАУЧНАЯ ДИСЦИПЛИНА

Предыдущая123456789Следующая

Антропогенная трансформация ландшафтов при промышленной добыче углеводородного сырья

1. Методы изучения

Антропогенное воздействие в районах нефтепромыслов имеет интегральный характер. Антропогенные комплексы, порожденные различного типа трансформирующими нарушениями и загрязнениями…

1. Какие изменения в сельском хозяйстве приводят к глобальным экологическим проблемам

Влияние экологии на акселерацию

2. Какие экологические факторы приводят к акселерации

Защита экосистемы

Вопрос № 1. На какие виды принято делить территории и объекты, находящиеся под охраной государства, и каковы особенности деления особо охраняемых территорий РФ?

охрана техногенный экосистема демографический Категории и виды особо охраняемых природных территорий. Важную роль в сохранении биологического разнообразия играет сеть особо охраняемых природных территорий (ООПТ)…

Методика определения воздействия на окружающую среду винного завода

1.1.1 Сведения о документах, которые являются основанием для разработки материалов ОВОС в составе инвестиционной программы или проекта строительства

Технический паспорт предприятия. - Технические условия на размещение и утилизация отходов за №168 от 18.03.10 года. - Регистрационное свидетельство №2 от 18 февраля 2004 г…

Некоторые вопросы по экологии

6.5 Какие животные участвуют в самоочистке воды и водных экосистемах

Самоочищение водоемов обусловливается рядом факторов. Условно их можно разделить на физические, химические и биологические. Физические факторы…

Некоторые вопросы по экологии

15.9 Какие первые договоры по охране природы были заключены Россией

Законодательная система каждого государства по своему отличается друг от друга и в этом отношении Россия не составляет исключения. Важной задачей является наиболее полное правовое обеспечение на федеральном уровне охраны дикой природы…

Особо охраняемые природные территории

Отдел экологии растительных ресурсов Института экологии человека СО РАН (Кузбасский ботанический сад)

Кузбасский ботанический сад — один из самых молодых ботанических садов в России.

1.1. Предмет изучения экологии

Организован в 1991 году в системе Кемеровского научного центра Сибирского отделения РАН…

Понятия современной экологии

6.Какие загрязнители (поллютанты) представляют наибольшую опасность?

Поллютанты — техногенные загрязнители среды обитания живых существ: воздуха (аэрополлютанты), воды (гидрополлютанты), земли (терраполлютанты). Различают промышленные поллютанты (напр., выбросы газов СО, S02, NH3)…

Связь экологии человека и его здоровья

1. Основы экологии человека. Взаимосвязь экологии человека и здоровья

В истории органического мира Земли совершенство и многообразие достигнуты ценой вымирания сотен миллионов видов, и процесс этот продолжается и теперь. Эволюция живых существ на нашей планете шла в направлении прогрессивного развития…

Сохранение заповедных зон Украины

4. Какие перспективы его развития?

Рассмотрим некоторые факты: Заповедники «Западное Полесье» (Польша) и «Шацкий» (Украина), имеющие общую границу, пополнили Всемирную сеть биосферных заповедников ЮНЕСКО…

Экологические и этнографические исследования озера Дальнего

§8.

История изучения озера в датах

1879 — 1883 гг. — изучение озера Дальнего Б. Дыбовским. 1908 — 1909 гг. — работа комплексной экспедиции Русского географического общества по изучению Камчатки, в том числе озера Дальнего. 1932 г….

Экологические пирамиды

4. Какие существуют виды ответственности должностных лиц за экологические нарушения?

Эколого-правовая ответственность является разновидностью общеюридической ответственности, но в то же время отличается от иных видов юридической ответственности…

Экология города Камышлова

Какие почвы преобладают в городе и какого их состояние

В почвенном покрове преобладают, в основном, разновидности серых лесных почв, черноземы выщелоченные, луговые. Почва территории города Камышлова оценивается по категории «допустимая» (см. приложение №8)…

Экология и экологический мониторинг

Вопрос №1: Понятие об экологии, основные разделы экологии. Взаимосвязь экологии с другими науками

Экология — это наука, изучающая закономерности взаимодействия организмов и среды их обитания, законы развития и существования биогеоценозов как комплексов в различных участках биосферы…

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. Само же слово «экология» возникло гораздо позже в сравнении со временем появления собственно экологических знаний. Оно было введено немецким биологом Эрнстом Геккелем (1869 г.) и образовано от греческого слова «ойкос» — дом, жилище. До 30-х годов ХХ столетия общей экологии, как общепризнанной науки, еще не существовало. Долгое время экология была представлена всевозможными частными экологическими дисциплинами: экологией растений, экологией животных, экологией грибов и т.д. Эти дисциплины формировались в рамках соответствующих таксономических разделов биологии — ботаники, зоологии, микологии и др., как подразделения этих наук.

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 них характерен высокий уровень организации, наличие прямых и обратных связей между компонентами (частями этих систем), способность к поддержанию своего состояния при всевозможных возмущениях, т.е. эти системы состоят из упорядоченно взаимодействующих и взаимозависимых компонентов, образующих единое целое . Они были названы экологическими, или экосистемами.

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. Самая большая экосистема – биосфера, или экосфера, Земли. Она включает всю совокупность живых организмов планеты, взаимодействующих с неживой природой, и через нее проходит энергия Солнца, обеспечивая устойчивое равновесие биосферы.

Но далеко не все свойства экосистем можно охарактеризовать, изучая лишь их отдельные компоненты (высшие растения, животных, грибы, бактерии) или отдельные уровни организации (генный уровень, клеточный, или более высокий – системы организмов).

Только изучая все составляющие биоты в совокупности и с учетом средообразующих факторов можно получить полные и объективные сведения об экосистемах разного ранга и предсказать ход их развития, степень устойчивости к разрушающим факторам и способность к самовосстановлению при воздействии последних.

Экосистемы и являются специфическим объектом изучения общей экологии. Таким образом, общая экология — это наука об экосистемах, которые включают в себя живые организмы и неживое вещество, с которым эти организмы постоянно взаимодействуют . По определению Всеволода Анатольевича Радкевича (1998:7) "… Экология – это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов в их естественной среде, и с учетом изменений, которые вносит в эту среду деятельность человека…". Сходное, но более точное определение экологии дает Игорь Александрович Шилов (2001:9), трактуя ее "… как науку о закономерностях формирования, развития и устойчивости биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях со средой…".

Следовательно, предметом ее исследований является макросистемы: популяции, биоценозы, экосистемы, и их динамика во времени и пространстве .

Термин экология (экос — дом, логос — учение, гр.) в науку ввел немецкий биолог Эрнест Геккель в 1886 году.

Слово "экология" образовано из двух греческих слов: "oicos", что означает дом, жилище, и "logos" — наука и дословно переводится как наука о доме, местообитании.

Экология — это наука об изучении взаимоотношений живых организмов с окружающей их средой.

Поскольку взаимодействие организмов между собой и окружающей их средой всегда системно, то есть всегда реализуется в форме некоторых систем взаимосвязей, поддерживающихся обменом вещества, энергии и информации, основным объектом исследования экологии являются экосистемы . Самой крупной в иерархии экосистем является биосфера . Учение о биосфере — это обширная область знания о функционировании и развитии биосферы, включающая в себя целый ряд научных направлений естественнонаучного и общественного профиля.

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой.

Исходя из приведенных выше понятий и направлений, следует, что задачи экологии весьма многообразны.

В общетеоретическом плане к ним относятся:

– 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, которые экология должна решать в настоящее время, следующие:

– прогнозирование и оценка возможных отрицательных по следствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;

– улучшение качества окружающей природной 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 наиболее неблагополучных районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Таким образом, экология становится одной из важнейших наук будущего и, «возможно, само существование человека на нашей планете будет зависеть от ее прогресса» (Ф. Дре, 1976).

К экологии часто относят большое количество смежных отраслей знаний, главным образом из области охраны окружающей среды.

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Дата публикования: 2014-12-10; Прочитано: 527 | Нарушение авторского права страницы

Studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.002 с)…

Предмет, цель и задачи экологии

Что такое экология? Термин «экология» возник сравнительно недавно, но свой вклад в эту науку внесли еще ученые древности - Аристотель, Гиппократ, Эпикур и др. Известен, например, постулат Эпикура, в котором говорится: «...нельзя насиловать природу, следует повиноваться ей, необходимые желания исполняя, а также естественные, если они не вредят. А вредные - сурово подавляя ». (Интересно сравнить с известным у нас - через два тысячелетия - тезисом: «Нам нельзя ждать милостей от природы! Взять их у нее - наша задача»).

Понятие экология ввел в 1866 году немецкий зоолог Эрнст Геккель. Слово «экология » образовано из двух греческих слов: («ойкос » - дом, жилище, убежище и «логос » - учение), т. е. наука о доме, обители человека, но в особом применении этих слов.

Геккель определил экологию как общую науку о взаимоотношениях живых организмов с окружающей средой, в которую входят все условия их существования. В дальнейшем это определение значительно расширилось.

Сегодня слово "экология" для многих означает "общность человека и окружающей среды". В современном понимании экология - это наука об отношениях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой (ОС). Под окружающей средой понимается практически вся Вселенная. Очень часто термин ОС заменяют словом «природа».

Под живыми организмами понимается не только человек, но и все остальные живые представители природы: животные, растения, простейшие организмы.

Экология приобрела практический интерес еще на заре развития человечества. В примитивном обществе каждый индивидуум для того, чтобы выжить, должен был иметь определенные знания об окружающей его среде, о силах природы, растениях и животных. Можно утверждать, что цивилизация возникла тогда, когда человек научился использовать огонь и другие средства и орудия, позволяющие ему изменять среду обитания. Для современной экологии чрезвычайно важен вопрос о закономерностях изменений этих организмов и их сообществ под воздействием самой природы и человека.

Предметом (объектом) исследования экологии являются биологические экосистемы (популяции, биоценозы), размещенные выше уровня организмов и их динамика во времени и пространстве.

Природные условия жизни организмов - климат и природные ресурсы, определяют структуру, количественный и качественный состав биологических сообществ. Эта структура значительно богаче на берегу и в толще воды теплого южного моря, чем на берегу холодного северного моря или в безводной пустыне. К природным ресурсам относятся земля, вода, растения, животные, полезные ископаемые и другое, что составляет основу жизни и саму жизнь.

Взаимоотношения живых организмов и их сообществ между собой и со средой обитания. Человек бесцеремонно стал входить в любую среду обитания: он вырубает леса, распахивает землю, возводит плотины на реках, строит заводы. Подобная его деятельность резко изменяет природные условия жизни других обитателей планеты и загрязняет окружающую среду. Это пагубно влияет на все живые организмы, в том числе и на самого человека.

Основной целью изучения дисциплины "Экология и охрана окружающей среды" (ЭКОС) является познание закономерностей взаимодействия общества с окружающих естественной средой для обеспечения конструктивного природопользования; формирования умений и навыков экологической ориентации, эффективного внедрения природоохранных мероприятий.

Основными задачам курса ЭКОС являются:

1. формирование экологического мировоззрения;
2. обретение умений и навыков эффективного внедрения природоохранных мероприятий;
3. усвоение основных закономерностей взаимодействия человека, общества и природы посредством обретения эколого-экономических знаний.

Понятие популяция (от лат. populus - народ) сначала использовали для определения групп людей, в экологии оно приобрело более широкое значение и характеризует группу особей любого вида.

Рассматривая уровни организации жизни – сообщество, популяции, организм, орган, клетку и ген мы видим, что они расположены в иерархическом порядке – от малых систем к крупным. На каждом уровне или ступени в результате взаимодействия с окружающей физической средой (энергией и веществом) возникают характерные функциональные системы. Под системой понимаются упорядоченно взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое. Экология изучает главным образом, системы надорганизменных уровней организации: популяционные, экологические.

Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, сообщества и биоценозы) и их динамика во времени и в пространстве. Работы Барри Анри Тенсли (1935 г.), Г.Г.Винберга (1936 г.),
В.Н. Сукачева (1942 г.), Р. Линдемана (1942 г.) доказывают, что экосистема является предметом экологии, а методом её исследований явился системный подход, нашедший отражение во многих работах отечественных и зарубежных учёных.

В экологии используются методы исследований и понятия, применяемые и в других науках – биологии, математике, физике, химии и т.д. Многие же методы исследований свойственны исключительно только экологии как науке. Например, если исследования экологии особей (аутэкология) иногда близки к исследованиям в области физиологии или биогеографии, то изучение популяций и биоценозов относится всецело только к экологии. Известно, что при переходе вещества от одного уровня к другому, более высокому, у вещества проявляется новое качество, не свойственное первоначальному состоянию.

В связи с этим можно привести два простых примера: один из курса химии, другой – из экологии.

1. Водород и кислород, соединяясь в определённом соотношении, образуют воду (2Н + О = Н 2 О) – жидкость, совершенно не похожую по своим свойствам на исходные газы – водород и кислород. Вода является важным экологическим фактором для жизни живых организмов.

2. Водоросли и кишечно-полостные животные, эволюционируя совместно, образуют систему кораллового рифа, при этом возникает эффективный механизм круговорота элементов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую продуктивность в водах с очень низким их содержанием. Фактическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов – это качественно новые свойства, характерные только для данного рифового сообщества. Г. Фейблман
(1945 г.) считал, что при каждом объединении подмножеств возникает, по меньшей мере, одно новое множество с другими свойствами.

Методическую основу современной экологии составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования. Экология уже давно перестала быть чисто описательной дисциплиной, сейчас в ней преобладают количественные методы – измерения, расчёты, математический анализ. Системный анализ пронизывает большинство экологических исследований, так как любой объект экологии имеет системную природу. В системном подходе объединяются аналитические и синтетические приёмы исследования. Разнообразие исследовательских и прикладных задач влечёт за собой и разнообразие применяемых в экологии методов. Их можно объединить в несколько групп.

Основными методами экологических исследований считаются: полевые; экспериментальные с использованием экосистемного подхода; изучение сообществ (синэкология ); популяций (аутэкология ); анализ местообитаний; эволюционный и исторический подходы, методы регистрации и оценки состояния среды; методы количественного учёта; методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сообществах; методы прикладной экологии.

Экосистемный подход . При экосистемном подходе экологических исследований в центре внимания исследователя-эколога оказывается поток энергии и круговорот веществ между биотическими и абиотическими компонентами экосферы. Этот подход выдвигает на первый план общность организации всех сообществ независимо от местообитания и систематического положения входящих в них организмов.

В экосистемном подходе находит свое понимание концепция саморегуляции, благодаря которой становится ясно, что нарушение регуляторных механизмов, например, в результате загрязнения окружающей среды может привести экосистему к биологическому дисбалансу.

Изучение сообществ . При этом подходе исследуют сообщества растений, животных и микроорганизмов, которые обитают в различных биотических единицах: лес, степь и луг. Основное внимание при этом уделяется определению и описанию видов, изучению факторов, ограничивающих их распространение. Одним из аспектов подобных исследований считается получение научных данных осукцессиях и климаксовых сообществах , что важно для решения вопросов рационального использования природных ресурсов.

Конец работы -

Эта тема принадлежит разделу:

Экология: природопользование

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования.. ивановский государственный энергетический университет имени в и ленина..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Твитнуть

Все темы данного раздела:

(В этой части книги даны те главы, которых нет в учебном пособии 2007 г.) ИВАНОВО 2008 УДК. 574:50

Инженерная защита окружающей среды
УЧЕБНИК Редактор Т.В. Соловьева Технический редактор Н.С. Толмачева Лицензия ИД № 05285 от 4 июля 2001 года  

Антуан де Сент – Экзюпери
В условиях научно-технического прогресса сохранение окружающей природной среды как местообитания человека стало важнейшей задачей современности. Человечество в условиях техногенеза получило в свои

Экологические кризисы
Сложилась парадоксальная ситуация: мировая цивилизация, достигшая больших знаний во многих областях науки и техники, оказалась в очень сложном положении; появилось много разных проблем локального,

Экологические последствия
К началу 2000 г. численность популяции человека достигла 6,0 млрд. К настоящему времени население увеличилось примерно до 6,72 млрд человек. Более 95 % этого роста народонаселения «обеспечили» разв

Проблема нехватки продуктов питания
Проблема голода, как и другие проблемы, напрямую связана с прогрессирующим ростом народонаселения. Т. Мальтус (1766 – 1834) впервые высказал мысль о том, что при росте народонаселения буде

Проявление парникового эффекта
Кроме традиционной концепции существуют ещё несколько гипотез об изменении климата на нашей планете. 1. Теория превалирующей роли природной эмиссии диоксида углерода. Согласно этой

Появление озоновых дыр
Формы жизни на нашей планете сохраняются благодаря тому, что вокруг Земного шара образовался защитный озоновый слой, который защищает биосферу от опасной ультрафиолетовой солнечной радиации.

Проблема кислотных дождей
Немаловажными видами загрязнения атмосферного воздуха считаются оксиды серы и азота, которые, циркулируя в ней, являются основными источниками выпадения кислотных дождей. Оксиды серы и азота поступ

Уничтожение лесов и их последствия
На заре земледелия и скотоводства лесами было покрыто не менее 6,2 млрд км2 (60 – 70%) поверхности Земли. По оценкам лесных экспертов, лесопокрытые территории в конце ХХ столетия составл

Истощение энерго- и минеральных ресурсов
В современном мировом хозяйстве применяется свыше 250 разновидностей полезных ископаемых. Например, строительные камни, руды чёрных и цветных металлов, камни-самоцветы, золото, серебро, нефть, угол

Деградация сельскохозяйственных угодий
Одним из проявлений экологического кризиса является деградация сельхозугодий. Ежегодно из-за деградационных процессов на нашей планете теряется около 43,2 млн га, в том числе пашни 7,0 млн га. Обща

Эвтрофирование водоёмов
Деградацию водоёмов и нарушение всех видов водопользования ставят в ряд глобальных проблем. Эвтрофирование водоёмов является одним из воздействий на окружающую природную среду. Термин троф

Постепенный переход из дистрофного или олиготрофного состояния в эвтрофное называется эвтрофированием
Эвтрофирование может происходить как естественным путём, так и вследствие антропогенного воздействия, его называют антропогенным эвтрофированием. Процесс естественного эвтро

Вопросы для самоконтроля
1. В чём состоит суть проблемы цивилизации? 2. Что из себя представляет демографический взрыв, как происходил и какие экологические последствия при этом возникли? 3. Чем вызван не

Развитие экологических знаний
Становление и развитие экологии неразрывно связано с возникновением и развитием человеческого общества. Биотическое начало на планете послужило и будет в дальнейшем служить предпосылкой для формиро

Системные связи в биосфере
Среди форм взаимоотношений между организмами разных видов в природе главное место занимают взаимодействия, которые обобщённо могут быть обозначены как «пища – потребитель пищи» или «ресурс – эксплу

Принципы и теории систем в экологии
Существуют некоторые общие принципы, позволяющие составить единую основу для изучения технических, биологических и социальных систем. Некоторые общие свойства этих систем: 1. Свойства сист

Фундаментальные законы экологии
Современная экология располагает обширным, не требующего доказательств, материалом относящейся ко всем уровням организации природных систем. Некоторые, достаточно общие постулаты, теоремы, правила

Под системой понимаются упорядоченно взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое
Живая система при всей сложности её организации состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), белков, полисахаридов, жирных кислот, а также других необходимых веществ.

Связь экологии с другими науками
Сегодня экология перестала быть чисто естественной биологической наукой – это комплексная социоестественная наука. В её предмет практически вовлечены все стороны жизнедеятельности человека.

Вопросы для самопроверки
1. Какие основные разделы экологии Вам известны? Как происходило формирование экологических знаний? Из скольких этапов состоит развитие экологии? Труды каких ученых Вам изве

Понятие о среде обитания и адаптации
Среда обитания ─ это часть природы, которая окружает живой организм и с которой он взаимодействует. Любой живой организм живет в сложном и изменяющемся мире, постоянно пр

Экологические факторы и типы реакций организмов на внешние воздействия
Отдельные свойства, или элементы, среды, воздействующие на организм (организмы), именуются экологическими факторами. К экологическим факторам относятся элементы окружающей сред

Общий характер действия экологических факторов и понятие о лимитирующих условиях окружающей среды
Несмотря на многообразие влияния экологических факторов, можно выявить характер их воздействия на организм. При небольших значениях или чрезмерном воздействии фактора жизненная активность организма

Фитоценоз и экологическая ниша
Фитоценозом, или растительным сообществом, называют совокупность растений, произрастающих на однородном участке земной поверхности и имеющих только им свойственные взаимоотношения между соб

Эуксерофиты и стинаксерофиты
К эуксерофитам относятся многие степные растения с розеточными и полурозеточными, сильноопушёнными побегами, полукустарники, злаки, полыни и др; К

Биоценоз, его свойства и связи в нём
По Б.А. Быкову, биоценоз (bios ─ жизнь, koinos ─ общий) ─ это устойчивая система совместно существующих на определенном участке суши или водоема популяций автотрофных и

Пищевые цепи, сети и трофические уровни
В процессе жизнедеятельности автотрофные и гетеротрофные организмы, в своей совокупности составляющие биоценоз, непосредственно осуществляют фиксацию и дальнейшую трансформацию лучистой энергии Сол

Отношения организмов в биоценозах
Разнообразные формы биотических отношений, в которые вступают те или иные виды организмов в биоценозе (конкуренция, комменсализм, мутуализм, хищник-жертва и т.д.), определяют основные условия их жи

Биогеоценоз и взаимоотношения в нём
По В.Н. Сукачёву, биогеоценоз – это совокупность однородных природных явлений на известном протяжении земной поверхности (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и микро

Экосистемы и их основные свойства
Экосистема – это греческое слово oikos – дом, system – целое, то есть составленное из частей или соединение. Этот термин ввёл в экологию Анри Барри Тенсли (1935 г.).

Саморегуляция и устойчивость экосистем
Правило внутренней непротиворечивости: в естественных экосистемах деятельность входящих в них видов направлена на поддержание этих экосистем как среды собственного обитания.

Сукцессии, их происхождение и прогнозирование. Синузия
Необратимые во времени последовательные смены фитоценозов (или экосистем), происходящие на одной и той же территории, называются сукцессиями. В природе различа

Агроэкосистема и её регулирование
По Э. Дж. Райкину, агроэкосистемы ─ это «сверхсистемы», включающие экологические, экономические и социальные компоненты. При замене природных экосистем агроэкосистемам

Популяция и её свойства
Под популяцией понимается любая, способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и во времени от других аналогичных совокупност

Круговорот веществ и энергии в эко - и агроэкосистемах
Окружающая нас среда представлена разнообразием естественных и преобразованных экосистем. Общим свойством для них является автотрофность, то есть процесс фотосинтеза при участии солнечной радиации,

Из материалов ООН
Непрерывно изменяя и преобразовывая вещества и предметы природной среды, люди обеспечивают себе благоприятные условия существования. В конечном итоге каждый продукт труда представляет собой результ

Вопросы для самоконтроля
Что понимается под средой обитания и адаптацией? Какие виды адаптации Вы знаете? Что нужно понимать под термином экологический фактор? Какие типы реакций организмов

Природно-ресурсный потенциал
Природные ресурсы (естественные ресурсы) –это часть всей совокупности природных условий и важнейших компонентов природной среды, которые используются для удовлетворения потребностей общества, подде

Ресурсные циклы
Взаимодействие природы и общества. При рассмотрении биосферных проблем основное внимание обычно обращают на исследования природных систем и происходящих в них процессов, а т

Природных ресурсов
Совершенствовать приемы освоения природно-ресурсного потенциала –это значит повышать эффективность использования природных ресурсов по всей цепи, соединяющей природные ресурсы и продукцию, получаем

Равновесия в биосфере
Одной из центральных проблем выживания человечества в совремённом мире является сохранение биологического разнообразия на нашей планете, что невозможно без организации особо охраняемых природных те

Рационального природопользования
Академик А.В. Сидоренко, формулируя задачи, стоящие перед наукой в области охраны окружающей среды, писал: «Некоторые «охранители природы» выступают за сохранение природы в девственном с

Существуют следующие виды лицензий природопользования
Природоресурсовая лицензия – это разрешение на ведение определённого вида деятельности, которое связано с использованием какого-либо природного ресурса. В этой лицензии скон

Лицензия на использование лесов. Основы лесного законодательства РФ предусматривают два вида лесопользования: основное и побочное
Основное лесопользование – это заготовка древесины и живицы (смолы хвойных деревьев). Побочное лесопользование – сбор ягод, грибов, орехов, заготовка сена, охота и т.д. Основное лесопользо

Лицензия на использование животного мира
Закон РСФСР об охране и использовании животного мира определяет следующие виды лицензионной деятельности: рыболовство, охоту на птиц и животных, использование продуктов жизнедеятельности и полезных

Лицензирование на пользование атмосферным воздухом
Атмосферный воздух как экологический ресурс используется при складировании газообразных отходов или выбросов вредных веществ и их примесей. Суть лицензирования в этой системе сводится к следующему:

Лимитирование природопользования
Лимиты на природопользование – это система экологических ограничений по территориям. Такие ограничения представляют собой объёмы предельного изъятия природных ресурсов, которые

Договорно-арендные отношения в области природопользования
Аренда природных ресурсов осуществляется в форме срочного возмездного пользования ресурсами в условиях, необходимых арендатору для самостоятельного осуществления хозяйственной и иной деятельности.

Основные положения рационального природопользования
Согласно теории Н.Ф. Реймерса (1990 г.), рациональное природопользование – это система деятельности, призванная обеспечить экономную эксплуатацию природных ресурсов и условий, и наиболее

Очистка газопылевых выбросов
Основной физической характеристикой примесей, находящихся в атмосфере, является концентрация – масса (мг, г) – вещества в единице объёма (м3) воздуха при нормальных условиях. Концентраци

Очистка газовых выбросов от газо- и парообразных загрязнителей
В настоящее время для очистки промышленных газов парообразных загрязнителей используются два типа газо- и пароулавливающих установок. Первый тип установокобеспечивает сани

Очистка сточных вод
Для очистки сочных вод используются специальные очистные сооружения. В зависимости от типа процессов, протекающих в очистных сооружениях, различают механическую, физико-химическую и биолог

Утилизация и ликвидация твёрдых отходов
Обезвреживание и утилизация твёрдых бытовых и промышленных отходов делятся на ликвидационные (решают санитарно-гигиенические задачи) и утилизационные (решают задачи экологии и экономики). Выделяют

Малоотходные и безотходные производства
Для кардинального решения проблемы экологии, снижения ресурсоёмкости и энергоёмкости производства необходимо обеспечить кругооборот сырья, утилизовать вторичные ресурсы, полностью использовать всё,

Биотехнологии и их значение для защиты окружающей среды
Одним из важных путей экологизации производства является расширение использования биологических технологий – применения живых организмов в биологических процессах для получения пол

Вопросы для самоконтроля
1. Как классифицируются основные направления природоохранных и природозащитных мероприятий? 2. В чём заключается суть очистки газопылевых выбросов и экозащитная техника? 3. Какими

Состояние биосферы и болезни населения
Человек – это очень лишь незначительная часть биосферы. На протяжение всей жизни человек стремился не столько приспособится к природной среде, сколько сделать её удобной для своего существования. Т

Факторы, вызывающие негативные воздействия на население
Биологические факторы В окружающей человека природной среде обитает огромное число микроорганизмов, в том числе антропогенного происхождения, вызывающих различные боле

Химические факторы
Последствия химического загрязнения биосферы для человека могут быть различными, в зависимости от природы, концентраций и времени действия. Реакция организма на загрязнение зависит от возраста, пол

Химические соединения и физические факторы, опасные для здоровья человека
Диоксины. Диоксины– это группа органических веществ, которую в последние годы считают наиболее экологически опасной. В группу диоксиноподобных соединений входят супертоксиканты

Продукты жизнедеятельности вредителей
Вредители не только снижают продуктивность растительности, но и существенно ухудшают качество производимой продукции. При этом изменяются её химический состав и вкусовые качества. Они способствуют

Физические факторы
Воздействие физических экологических факторов на здоровье человека имеет не меньшее значение, чем влияние химических соединений. Действие вибрации на организм человека зав

Нитраты и их влияние на организм человека
Возрастание антропогенного давления на агроэкосистемы, связанное с интенсификацией продуционного процесса растений, вызывает накопление в продуктах растениеводства различных токсичных веществ, особ

Тяжёлые металлы и их воздействие на организм человека
В Российской Федерации утвержден и действует ГОСТ 17.4.02─83, в соответствии с которым химические элементы, в том числе и тяжелые металлы по степени токсичного действия,

Болезни человека, связанные с влиянием среды обитания на его психическое состояние
Помимо факторов окружающей среды, воздействие которых мало зависит от отдельного человека, существуют так называемые факторы добровольного риска, которым люди подвергают себя в процессе курения, уп

Экологический СПИД человечества
Возможности адаптационного механизма человека и человеческой популяции в целом почти неограниченны. Однако если скорость изменения существенных параметров окружающей природной среды (Vопс

Вопросы для самоконтроля
Как влияет состояние биосферы на развитие болезней человека? Какие химические соединения наиболее опасны для здоровья людей? В чём заключается опасность воздействия тяжёлых

Эколого-экономический учёт природных ресурсов и загрязнителей
Экономические, экологические и некоторые другие показатели природных ресурсов обычно обобщают в виде отдельных кадастров. Кадастр – это систематизированный свод сведений, количеств

Поверхностные воды; 2) подземные воды; 3) использование вод
Источником сведений для составления и пополнения водного кадастра служит сеть наблюдательных гидрологических постов и режимных станций. Полученные данные обрабатывают с помощью специальной автомати

Плата за использование природных ресурсов
Плата за выбросы, сбросы, размещение отходов является формой компенсации ущерба, наносимого загрязнением окружающей природной среде. Взимание платы за загрязнение окружающей среды осуществляется во

Экологические фонды
Для реализации различных природоохранных задач: восстановления потерь в природной среде, компенсации вреда здоровью граждан, строительство очистных сооружений, материального обеспечения эколого-про

Экологическое страхование
По закону ФЗ РФ «Об охране окружающей природной среды» (1991 г.) предприятия, а также граждане имеют право на получение страхового возмещения (при добровольном или обязательном страховании) в случа

Экологическая обусловленность экономики
Современная эколого-экономическая ситуация указывает на необходимость замены сложившегося техноцентрического образа экономики на устойчивый экологически сбалансированный тип хозяйственного развития

Зависимость экономики от ресурсов биосферы
Уровень благосостояния людей определяется всеми факторами общественной жизни, но прежде всего – первичными, экологически значимыми факторами жизнеобеспечения – пищей, водой, одеждой, жилищем. Они ф

Основные составляющие
Традиции и законы макроэкономики сложились в эпоху, когда общее воздействие антропогенной деятельности на природную среду не превышало границ самовосстановительного потенциала экологических систем.

Нормативные документы по охране природной среды в России
Первые законодательные акты по охране природы в России появились в ХI – ХII вв.. Например, в «Русской правде» Ярослава Мудрого ограничивалась добыча зверей и птицы. Князь Владимир Волынский в ХIII

Природно-экономические особенности хозяйства
· Экономическая характеристика и перспективы развития. · Население (количество, размещение). · Аграрные угодья и другие земли (площади и их соотношение, использование, антропогенн

Прогноз антропогенных изменений природного комплекса и их влияние на развитие хозяйства
· Изменения, вызванные воздействием на территорию хозяйства. · Изменения, вызванные воздействием сопредельных территорий. · Экономическая оценка антропогенных изменений и влияние

Система мер комплексной охраны природы на территории хозяйства
· Атмосфера: сохранение и создание зелёных насаждений в населенных пунктах, вдоль дорог; постройка очистных сооружений; усовершенствование технологических процессов и т.д.

Международное сотрудничество РФ в области охраны природной среды
В соответствии со статьей 81 Закона «Об охране окружающей среды», «Принципа международного сотрудничества в области охраны окружающей среды» РФ исходит в своей политике в области охраны окружающей