|
|
Курсовая. Современное понимание экологии как науки об экосистеме и биосфере. Введение термина экология. Основные законы экологии. Понятие о биосфере
Современное понимание экологии как науки об экосистеме и биосфере. Введение термина «экология». Основные законы экологии. Понятие о биосфере.
1866 г. немецкий биолог-дарвинист Э. Геккерен ввёл в науку термин «экология»
Аристотель (IV век до н.э.) – описал больше пятисот видов животных
Теофраст Эрезийский (ученик Аристотеля) – описал зависимость поведения и роста растений от внешних условий
Джон Рей (англ. натуралист) – один из основоположников систематики растений как науки
Ж. Турнефор – четкое различие между категориями род и вид
Рене Антуан Реомюр – описание насекомых, понятие регенерации
Абрам Трамбле (швейцария) – экспериментальный метод в биологии
Карл Линней – основы научной систематики животных и растений
Ж. Б. Ламарк – в «философия зоологии» поставил вопрос о влиянии окружающей среды на организмы
Ч. Дарвин – «Происхождение видов»
Экология-наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и окружающей средой.
Экология-наука о взаимосвязи между живыми организмами и средой их обитания.
Предметом экологии является изучение:
Законов существования и развития природы
Закономерностей реакций природы на воздействие человека
Предельно допустимых нагрузок на природные системы, которые может позволить себе общество
К задачам экологии в общетеоретическом плане относится:
Разработка общей теории устойчивости экологической системы
Изучение экологических механизмов адаптации к среде
Исследование регуляции численности популяций
Изучение биоразнообразия и механизмов его поддержания
Исследование продукционных процессов
Исследование процессов, протекающих в биосфере с целью поддержания её устойчивости.
Моделирование состояния экосистемы и глобальных биосферных процессов
К прикладным задачам экологии относится:
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 наиболее экономически неблагоприятных районах).
Классификация
Экология делится на общую и прикладную. Общая экология по доминирующему объекту изучения делится на биоэкологию, социоэкологию, геоэкологию. В прикладной экологии выделяют инженерную, сельскохозяйственную, биоресурсную, рекреационную и урбоэкологию.
Общая экология
Общая экология занимается исследованием механизмов взаимодействия между живой и неживой природой в экосистемах.
Общая экология - теоретическая основа для решения проблем рационального природопользования и охраны окружающей среды.
Область исследования общей экологии включает вопросы:
Строения и эволюции экосистем
В т.ч. биосферы в целом
Анализа связей в природе
Изучения основных сред жизни
Выявления экологических проблем и поисков путей их решения
Биоэкология
Биоэкология изучает отношение организмов между собой и окружающей средой.
Биоэкология :
Глобальная (экология биосферы)
Аутоэкология (изучение живого вещества на уровне особей или организма)
Синэкология (экология сообществ)
Эйдэкология (экология видов)
Демэкология (экология популяций)
Экология многоклеточных организмов
Экология одноклеточных организмов
Палеоэкология (реконструкция условий среды и структуры сообществ в прошлые геологические эпохи)
Геоэкология
Геоэкология исследует сложную систему взаимодействий внутри тонкой поверхностной оболочки пересечения литосферы, атмосферы и биосферы, в том числе геоэкология исследует проблемы взаимодействия природных и антропогенных систем, как на глобальном уровне (глобальная экология), так и на локальном.
По принадлежности природных и антропогенных систем к различным природным зонам выделяют:
Экология тундры и арктических пустынь
Экология лесная
Экология таежных экосистем
Экология тропических лесов
Экология степей
Экология пустынь
Экология глинистых пустынь
Экология каменистых пустынь
Экология песчаных пустынь
Космическая экология
Космическая экология исследует существование жизни в космосе и выявляет связи между функционированием космических тел и процессами, происходящими на нашей Земле.
Социоэкология
Социоэкология исследует взаимодействие общества с окружающей средой.
В состав социоэкологии входит:
Глобальная экология (проблемы глобального уровня: экологические угрозы, кризисы планетарного масштаба, вопросы деградации окружающей среды)
Экология человека (предмет: влияние окружающей среды на здоровье и жизнедеятельность человека)
Этноэкология (исследует изменение природной среды различными народами, обусловленное культурными особенностями, традициями)
Археоэкология (реконструкция среды обитания древних цивилизаций и исторических формаций)
Прикладная экология
Областью прикладной экологии является разработка приказов и конкретных управленческих, юридических, технологических и других рекомендаций, направленных на улучшение экологических параметров окружающей среды в системах различных уровней, от мелких производственных циклов до глобальных экологических кризисных ситуаций.
Основная задача природной экологии:
Выработка новых технологий и методов для минимизации воздействия человека на окружающую среду, разработка действенного контроля её состояния.
Инженерная экология
Изучает воздействие хоз. объектов на природу и обратное влияние природной среды на функционирование предприятий.
Основа инженерной экологии: разработка норм и правил хоз. деятельности.
Инженерная экология:
Экология строительства
Экология энергетики
Экология транспорта
Военная экология
С/х экология
С/х экология исследует проблемы разведения и воспроизводства культурных растений (агроэкология) и домашних животных (экология животноводства).
Биоресурсная экология
Изучает условия, при которых эксплуатация биоресурсов природных экосистем (лесов, водоемов, морей, океанов) не приводит к их истощению и нарушению общего баланса.
Задачи биоресурсной экологии:
Создание сети охраняемых территорий (заповедники, заказники, национальные парки)
Обоснование и акклиматизация растений и животных, учёт численности и система воспроизводства промысловых видов животных.
Реабилитация видов, подвергшихся сильному воздействию, восстановление нарушенных мест обитания.
Биоресурсная экология:
Экология промысловых рыб
Экология промысловых зверей
Экология лесная
Рекреационная экология
Предметом рекреационной экологии является комплекс экологических проблем, связанных с отдыхом человека на природе.
Рекреационная экология:
Экология туризма
Экология парков
Экология мест отдыха
Урбоэкология
Урбоэкология изучает особенности различных факторов искусственного преобразования среды и влияние этих факторов на людей.
Урбоэкология:
Экология поселений
Экология коммунальная
Законы экологии
1974г. Барри Коммонер – американский биолог и эколог
Все связано со всем
Все должно куда-то деваться
Природа знает лучше
Ничто не даётся даром
Экологический бумеранг – понятие, которое означает, что любое изменение природных объектов может возвратиться к человеку бумерангом.
Основным объектом изучения экологии является экосистема.
Экосистема - единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в которой живые и косные компоненты связаны между собой обменом веществ и энергии.
Экосистема-совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом. (Артур Тенсли )
Экосистема – основная единица природы на поверхности Земли.
Выделяют:
Микроэкосистемы (ствол гниющего дерева)
Макроэкосистемы (континент, океан)
Мезоэкосистемы (лес, пруд , озеро)
Глобальная экосистема (биосфера)
Биосфера - наружная оболочка земли, область распространения жизни, которая включает все живые организмы и все элементы неживой природы.
Биосфера:
Тропосфера (нижняя часть атмосферы; 15 км)
Гидросфера ( 12 км)
Верхняя часть земной коры литосферы ( 5 км)
Террабиосфера (поверхность самой Земли)
Ж.Б. Ламарк – живые организмы содержат вещества неживой природы, значит участвуют в формировании земной коры.
1875 Эдуард Зюсс Предлагает термины гидросфера, литосфера, биосфера. Биосфера – оболочка, населенная живыми организмами; пространственно ограниченная совокупность живых организмов.
Вернадский распространил понятие «биосфера» не только на сами организмы, но и на среду их обитания, и на все сферы Земли, появившиеся и развивающиеся благодаря деятельности живых организмов.
Свойства биосферы:
Биосфера – открытая система, обменивающаяся с окружающей средой веществом и энергией.Существование биоферы немыслимо без поступления энергии солнца.
Централизованность (центральное звено – все живые организмы включая человека)
Целостность и дискретность
Каждый организм дискретен (состоит из клеток, органов, тканей). Целостность биосферы обуславливается тесной взаимосвязью всех слагающих её компонентов, объединённых круговоротом веществ и энергии, и изменение каждого из компонентов неминуемо ведет к изменению других и всей системы в целом.
Устойчивость и саморегуляция
Биосфера обладает постоянством физикохимических и биологических функций. Для нее характерно св-во гомеостаза, под которым понимается способность «гасить» возникающие внешние и внутренние возмущения и возвращаться в исходное состояние за счёт ряда механизмов.
Принцип Ле-Шателье Брауна: внешнее воздействие, выводящее систему из равновесия, стимулирует в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия.
Разнообразие повышает устойчивость биосферы, обуславливая возможность дублировать отдельные функции.
Способность поддерживать круговорот веществ
Совместная деятельность живых организмов обеспечивает извлечение определенных неорганических веществ из внешней среды для синтеза из них органических соединений, их трансформацию на разных уровнях трофических цепей и минерализацию органического вещества до состояния, доступного для очередного включения в круговорот. Круговорот гарантирует неисчерпаемость отдельных химических соединений и непрерывность процессов, происходящих в биосфере.
По Вернадскому границы биосферы совпадают с границами жизнедеятельности организмов.
Нижний предел жизни на Земле - дно океана, или глубинные слои литосферы.
Верхний предел жизни на Земле - глубина проникновения в атмосферу жесткого УФ излучения.
7 типов вещества по Вернадскому
Живое (совокупность всех живых организмов планеты включая человека)
Биогенное (создаётся и перерабатывается живыми организмами: все формы детрита, в т.ч. мертвая органика, каменный уголь, известняк, нефть, торф, битум)
Косное (твёрдые, жидкие, газообразные вещества планеты, образующиеся в результате процессов, в которых живые организмы не участвуют: горные породы, минералы)
Биокосное (косное вещество, преобразованное живыми организмами: кора выветривания, битуминозные пески, часть осадочных пород, почвы, илы, природные воды, газонефтеносные сланцы)
Вещество радиоактивного распада (элементы-изотопы уранового, ториевого, актино-уранового ряда и др.)
Рассеянные атомы земного вещества и космических излучений
Вещество космического происхождения (метеориты, космическая пыль)
Эволюционная модель природы (биосферы). Клетка источник жизни. Общая характеристика биоты Земли. Основные функции живого вещества.
Всю совокупность растительных организмов данной территории планеты любой детальности называют флорой.
Флора + фауна = биота
Таким образом 400 млн. Лет назад в биофсере сформировались 4 среды обитания: вода, почва, воздух, живой организм + техносфера – часть биосферы, преобразованная человеком.
Свойства живого вещества
Мобильность
Активность
Устойчивость и деструктивность
Адаптивность
Реактивность
Воспроизводимость
Пояснения:
1.Мобильность - способность живых организмов быстро осваивать свободное пространство. Мобильность связана как с интенсивностью размножения, так и со способностью живых организмов в благоприятных условиях увеличивать свою массу. Мобильность сдерживается многообразными биологическими и экологическими механизмами, а также фактором времени.
2. Активность-это способность к движению, не только пассивному, но и активному.
3. Способность к устойчивой жизнедеятельности и быстрому разложению после гибели.
5. Адаптивность - свойство живых организмов приспосабливаться к различным условиям окружающей среды, в том числе и крайне трудным по физико-химическим параметрам.
6. Реактивность - способность к высокой скорости протекание реакций. Именно благодаря высокой скорости жизнь преобразует планету. (Скорость может увеличиваться под действием ферментов)
7. Воспроизводимость - способность живого вещества к обновлению. Наибольшая скорость обновления характерная для мельчайших организмов.
Функции живого вещества
Биотическая
Саморегуляция и самоподдержание биосферы как целостной системы. Живое вещество воссоздает себя и поддерживает необходимое разнообразие.
Энергетическая
Поглощение зелеными растениями солнечной энергии, и последующая ее передача по цепям питания. Поглощенная зелеными растениями Е постепенно рассеивается, но часть Е аккумулируется в виде ископаемых останков живых организмов. За геологическую историю Земли биосфера накопила колоссальное количество энергии.
Газовая
Обеспечение планетарного равновесия газов в результате биохимической деятельности живого вещества.
Концентрационная (накопительная)
Обусловлена способностью живых организмов в ходе жизнедеятельности избирательно накапливать определенные химические элементы, повышая их содержание по сравнению с окружающей средой в десятки и сотни раз.
Окислительно-восстановительная
Выражается в химических превращениях веществ с переменной валентностью под влиянием живого вещества. (формирование руды)
Деструктивная
Разложение и минерализация орг. соединений и превращение их в CO2, H2O, NH3 с освобождением Е.
Транспортная
Обусловлена активным движением организмов, в рез. которого происходит постоянный перенос вещества и Е.
Информационная
Проявляется через способность живых организмов и их сообществ накапливать определенную информацию, закреплять ее в наследственных структурах и затем передавать ее последующим поколениям.
Средо и рельефообразующая функция
Живые организмы создают природную среду и поддерживают в стабильном состоянии все ее параметры. Благодаря этой функции произошли изменения:
Преобразование газового состава первичной атмосферы
Преобразование химического состава вод первичного океана
Формирование толщи осадочных пород в литосфере
Возникновение почвенного покрова
Уровни биологической организации жизни. Биосистемы. Популяции. Биоценоз. Экосистемы, их свойства и состав.
К главным уровням биологической организации жизни относятся: ген, клетка, орган, организм, популяция, сообщество (биоценоз).
Биосистема – биологическая система, в которой биотические компоненты разных уровней организации (от генов до сообществ) упорядоченно взаимодействуют с окружающей средой, т.е. с абиотическими компонентами (воздух, вода, почва, химические элементы, факторы: свет, температура и т.д.), энергией и веществом, составляя с ней единое целое. Эта среда была названа биотической. Среда + биологические компоненты = определенные функциональные системы, где живые организмы и среда – единый цельный организм.
Системы, которые расположены выше уровня организмов изучает экология.
Вид – группа особей, обладающих общими признаками:
Признаки вида:
Строение тела. Физиология. Способы взаимоотношений со средой.
Способность к скрещиванию и образованию плодовитого потомства.
Особи одного вида населяют определенную территорию, ареал.
Особи одного вида отличаются от других почти полным отсутствием гибридных форм.
Популяция – совокупность особей одного вида длительно существующих на определенной территории и отделенная от других популяций той или иной формой изоляции.
Популяция - элементарная структура вида, в форме которой вид существует в природе.
Сходство популяции и вида.
Вид, популяция - группа особей с одинаковыми особенностями строения, поведения, расселения.
Вид - все особи с такими особенностями, а популяции - небольшие группы, выделяемые внутри вида.
Любой вид, состоящий как из одной, так и из нескольких популяций представляет собой единое целое.
Главная функция популяции в том, что только популяция может воспроизводить новые поколения вида в условиях конкретной экосистемы.
Основные характеристики популяции:
Плотность
Численность
Рождаемость
Смертность
Прирост популяции
Темпы роста
Возрастной состав
Характер распределения в пределах территории
Пояснения:
Плотность определяется числом особей, приходящихся на единицу площади.
Численность - общее число отдельных особей на выделяемой территории. Поддержание численности, оптимальной в данных условиях, называется гомеостазом популяции.
Рождаемость - число новых особей, появившихся в результате размножения в единицу времени.
Зависит от:
скорости полового созревания
количества генераций в году
соотношения самцов и самок
обеспеченности пищей и способности выкормить потомство
влияния природных условий
Смертность – показатель, отражающий количество погибших в популяции особей за определенный отрезок времени.
Зависит от:
Влияния абиотических факторов среды
Биотических факторов (недостаток корма, инфекции)
Антропогенных факторов
Прирост популяции – разность между рождаемостью и смертностью.
Темп роста популяции – это средний прирост популяции за единицу времени.
Возрастной состав – в благоприятных условиях в популяции есть все виды возрастных групп, поддерживается стабильный возрастной состав.
В экосистемах популяции образуются общества – биоценозы.
Биоценоз - совокупность популяций (различных видов растений, грибов, животных, микроорганизмов), которые функционируют в определенном пространстве абиотической среды - биотопе.
Биотоп - условия окружающей среды на определенной территории (воздух, вода, почвы, подстилающие горные породы).
Биоценоз и биотоп функционируют как единое целое. Их невозможно оторвать друг от друга. Вместе они образуют макросистему более высоко ранга - биоценоз.
Биогеоценоз (по Сукачеву) – совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений – атмосферы, горных пород, почв, гидрологических условий - и живых организмов.
Понятия биоценоз и экосистема близки, но полностью не совпадают. Главное отличие состоит в том, что экосистема может иметь любые размеры, а размеры биогеоценоза четко определены комплексом организмов с конкретной средой обитания.
Экосистема может включать в себя несколько биогеоценозов, но может быть и более дробной частью биогеоценоза.
Каждый биогеоценоз является экосистемой, но не каждая экосистема может быть отнесена к рангу биогеоценоза.
Понятие экосистема более широкое и общее, чем биогеоценоз. Экосистема и биогеоценоз состоят из 2х компонентов: биоты и биотопа.
Но если биогеоценоз тесно связан с конкретной территорией земной поверхности, то экосистемы различных видов могут быть не связанными с конкретной территорией и быть глобальными.
Лес - экосистема. Ельник, черничник - биогеоценоз.
Любой биогеоценоз выделяют, как правило, только на суше, а в водной среде не выделяют.
=> Биогеоценоз имеет конкретные границы, которые определяются границами фитоценоза.
=> Где нет фитоценоза, то там нет и биогеоценоза.
=> Биогеоценоз - один из вариантов наземной экосистемы.
=> Биотоп – естественное жизненное пространство определенного биоценоза, совместно с которым он образует экосистему.
Свойства экосистем:
Необходимое разнообразие компонентов. Нижний предел - 2 различных компонента. Экосистема не может быть образована из абсолютно одинаковых элементов.
Устойчивость.
Для существования самосохранения и самоподдержания любой динамической системы, необходимо преобладание внутренних взаимодействий над внешними. Если внешние воздействия на экосистему превосходят Е ее внутренних взаимодействий, то экосистема переходит в новое состояние равновесия на более низкий уровень или разрушается. Для каждой экосистемы есть свои пределы устойчивости.
Саморегуляция и самоорганизация - способность экосистем к восстановлению внутренней структуры после внешнего воздействия, изменившего их свойства.
Под самоорганизацией экосистем понимается строгая последовательность биологических и физикохимических взаимодействий.
Существование экосистемы невозможно без связей (прямая, обратная). При прямой связи 1 элемент действует на другой без ответной реакции. При обратной связи возникает обратное действие элемента (отрицательная, положительная обратная связь).
Положительная (стимулирующая) ответная реакция усиливает первоначальное воздействие
Отрицательная (стабилизирующая) ответная реакция направлена на ослабление исходного воздействия
Свойство саморегуляции экосистем основано на отрицательной обратной связи.
Эмерджентность – свойства системы как целого не присущи ее составляющим элементам, рассматриваемым отдельно, и не являются простой суммой свойств этих элементов. Самая большая экосистема – биосфера – не является суммой слагающих ее эклсистем, а обладает новыми качествами и свойствами в виде организованной оболочки.
Неравномерность развития.
Постепенное накопление незначительных изменений может быть прервано скачком возникновения качественных изменений и свойств системы (переход количества в качество).
Точки бифуркации - в них может произойти изменение направления развития системы, переход к качественному этапу развития.
Обмен веществ и энергии.
Любая экосистема может существовать практически бесконечно при наличии круговорота веществ и притока энегрии, необходимой для его поддержания.
Состав экосистемы:
Биотические компоненты (включает 3 функциональные группы организмов).
Абиотические компоненты (неорганические вещества и химические элементы, участвующие в обмене веществ между живой и неживой природой; воздушная, твердая, водная среды обитания, климатические условия).
Органические вещества связывают абиотические и биотические части экосистемы.
Биотические компоненты:
Продуценты(фотоавтотрофы, хемоавтотрофы). Автотрофные организмы – производители продукции, которой питаются все остальные организмы.
Фотоавтотрофы (источник энергии – солнечный свет; питательный материал – неорганические вещества (CO2; H2O))- растения, водоросли, цианобатерии.
6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2
Хемоавтотрофы
2NH3 + 3O2-> 2HNO2 + 2H2O + Q1
2HNO2 + O2-> 2HNO3 + Q2
Хемотрофы - живые организмы, не зависящие от энергии солнечного света и использующие энергию химических связей; синтезируют органические соединения из неорганических за счет химической энергии окисления. (нитрифицирующие бактерии, водородные бактерии, серобактерии и тионовые бактерии, желозобактерии: переводят 2х валентное железо в 3х валентное).
Консументы (гетеротрофы) – организмы, потребляющие готовые органические вещества.
Фаготрофы – питаются непосредственно растительными или животными организмами.
Сапротрофы - организмы, использующие для питания вещества мертвых организмов или экскременты животных.
Редуценты - «восстановители», возвращают вещества организмов в природу. Замыкают круговорот веществ. В отличие от сапротрофов не оставляют непереваренных остатков.
|
|
|
Скачать 0.69 Mb.