Экология лекции. Введение в экологию л 1 Экология
 Скачать 1.08 Mb.
|
|
Введение в экологию Л -1 Экология (от греч.: «oicos» - дом, жилище, родина, местообитание; «logos» - слово, понятие, мысль, учение) в буквальном смысле – наука о местообитании организмов. Аут-экология– раздел экологии, изучающий взаимодействие отдельного организма (особи) с окружающей средой, например, с температурой, влажностью, химическими веществами и пр., точнее исследуется отдельный организм или группа особей одного вида, взаимоотношения с условиями среды, жизненные циклы и поведение, индивидуальная адаптация и механизмы, обеспечивающие устойчивость функционирования особи. Дем-экология или популяционная экология – раздел экологии, изучающий взаимодействие индивидуумов одного вида между собой и с окружающей средой на их общей территории, о структурах и динамике популяций отдельных видов, что необходимо для решения важнейших проблем – механизмов популяции численности организмов, оптимальной плотности, допустимых норм изъятия из популяций при различных антропогенных нагрузках на территорию. Эйд-экология или экология видов, новое подразделение, наименее разработанное. Син-экология или экология сообществ анализирует отношения различных видов животных, растений и микроорганизмов между собой и с неорганической средой обитания определенного сообщества. Она переросла в науку об экосистемах. Объекты исследования– организмы и их системные совокупности, экосистемы, предмет изучения– комплекс взаимоотношений или структура связей между организмами и окружающей средой во времени на различных уровнях организации живого. Важнейшая цель экологии – выявить закономерности взаимодействий между растениями, животными организмами и средой их обитания и на этой базе наметить пути, с помощью которых можно сохранить все существующие на планете виды в постоянно меняющихся условиях среды, а также определить пути рационального использования природных ресурсов и обеспечить нормальную жизнедеятельность человека. Для осуществления таких целей общей экологии в жизни следует решить следующие основные задачи: — изучение особенностей организации жизни, преимущественно в связи с антропогенными воздействиями на природные системы и биосферу в целом; — установление механизмов адаптации организмов к среде; — изучение гомеостатичности организмов, видов, популяций, экосистем, их продуктивности в зависимости от условий среды; — регулирование численности популяции; — исследование энергетических связей в экосистемах; — создание научной основы эксплуатации биологических ресурсов, прогнозирование изменений природной среды, ландшафтов в результате деятельности человека, управление продукционными процессами и сохранение благоприятной среды для жизни человека; — совершенствование классификации состава, структуры и функционирования экосистем, дальнейшее развитие всех методов исследования, главным образом моделирования систем; — экологическая индикация при определении свойств различных компонентов ландшафтов, в особенности индикация загрязнения окружающей среды; — восстановление нарушенных экосистем, оздоровление ландшафтов и разработка принципов оптимального природопользования; сохранение эталонных участков биосферы. Биосфера - живая оболочка Земли Впервые понятие «биосфера» введено Ж.-Б. Ламарком в начале XIX столетия (1803 г.). В 1875 г. австрийский геолог Зюсс «воскресил» термин «биосфера», а в 1914 г. термин использовал В.И. Вернадский, разработавший учение о биосфере- оболочке Земли, в формировании которой живые организмы играли и играют основную роль. Биосфера - исторически сложившаяся, многокомпонентная, планетарная, саморегулирующаяся система живого вещества. Факторами устойчивости биосферы являются: видовое разнообразие, круговорот веществ, эволюция видов, передача энергии, стабильная численность популяции. Верхней границей биосферы является озоновый экран, расположенный на расстоянии около 16 км от поверхности Земли на полюсах и до 25 км - над экватором. Нижняя граница жизни в литосфере теоретически определяется температурой 1000С. Живые организмы в трещинах нефтеносных скважин могут встречаться на глубине до 3 км от земной поверхности. В морях предельная для жизни температура встречается на глубине 11 км (Мариинская впадина в Тихом океане- 11020 м). Подразделяют на три геосферы в зависимости от их фазового состояния: газовую оболочку - атмосферу; водную - гидросферу; твердую - литосферу. Атмосфера – газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Атмосфера земли насквозь пронизывается мощной радиацией Солнца, определяющей тепловой режим поверхности планеты, вызывающей диссоциацию молекул атмосферных газов и ионизацию атомов. Главными составными частями атмосферы являются азот, кислород, аргон и углекислый газ. Одним из важнейших компонентов атмосферы является озон - О3 . Гидросфера - совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических и атмосферных. Гидросфера находится в тесной зависимости с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага) и живым веществом биосферы. Литосфера - верхняя «твердая» оболочка Земли, постепенно переходящая с глубиной в сферы с меньшей прочностью вещества. Химический состав земной коры определяют немногие элементы, всего восемь – это: кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий, которые слагают основную ее массу. Земная кора сложена горными породами различного типа и различного происхождения (осадочные, метаморфические, магматические). В состав биосферы входят:
Биосфере присущи биохимические функции:
Ноосфера и техносфера Человек в процессе труда существенно преобразует биосферу как среду своего обитания, и биосфера переходит в качественно новую скадено – похносферу, или ноосферу (от греческого: noos – разум, сфера – шар). Впервые этот термин появился в 1926 – 1927 г.г. в работах Э. Леура и Тельяра де Шардена, трактовавших понятие “ноосфера” мистически, как царство разума, некую совокупность “элементов мысли”, облегающую нашу планету наподобие оболочки, или как ступень развития сознания, не учитывая преобразующую силу деятельности человека. В. И. Вернадский использовал данный термин в 1930-х г.г. Ноосфера – исторически неизбежная стадия развития биосферы, высшая фаза развития биосферы, результат регулирования взаимоотношений человека и природы при высоком уровне развития производительных сил и научной организации воздействия общества на природу. (по Вернадскому) Преобразование биосферы в ноосферу представляет собой разумно управляемое развитие человека, общества и природы, когда жизненные потребности населения удовлетворяются без ущерба для будущих поколений. Ноосферу следует понимать как единую систему, включающую человечество – производство – природу, или сферу взаимодействия природы и общества, в пределах разумной деятельности человека Ноосфера – новое геологическое явление на нашей планете в связи с деятельностью человека или точнее биосфера, преобразующая под воздействием человека, изменяющийся внешний облик Земли, её геохимию (перераспределение химических элементов). Вследствие активной деятельности возник своеобразный тип миграции химических элементов – техногенный, а процессы, связанные с ним получили название техногенез. Они подчиняются не природным фактором, а социально - экономическим законам. Человек создает ноосферу, представляющую собой систему: человечество - производство - природа; где разумная деятельность человека – главный фактор развития. Экологические факторы Л-2 Среда - это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на их прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Условия жизни, или условия существования – это совокупность необходимых для организма элементов среды обитания, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может. Среда обитания организма – это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям. Земной биотой освоены три основных среды обитания: водная, наземно- воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Выделяют и четвертую среду жизни – сами живые организмы, заселенные паразитами и симбионтами. Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды – экологических факторов – это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организмы. Экологические факторы подразделяется на:
2. биотические - это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. 3. антропогенные – все формы деятельности человеческого общества. Классификация экологических факторов (по Ю.Одуму) Абиотические факторы Биотические факторы Природная среда      Групповой и массовый эффект Температура     Внутривидовая конкуренция Свет Вода  Нейтрализм  Температура + влажность Межвидовая конкуренция  Мутуализм Биогенные вещества Симбиоз Атмосферные газы  Комменсализм Течения и ветры Аменсализм Пожары Паразитизм Почвы Хищничество   Экологические факторы почв К группе биотических факторов можно отнести и интенсивное влияние человека (непосредственно) или человеческой деятельности (опосредованно) на окружающую среду и живые организмы, т.е. антропогенные. Различают следующие виды основных антропогенных факторов:
Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия: каждый фактор неодинаково влияет на различные функции организма. Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект, - пессимумом, т.е. условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, но он еще может существовать. Зависимость жизнедеятельности от количественного значения экологического фактора Оптимум Ж   изнедеятельность Пессимум   ПессимумОптимальные условия жизни Угнетение Угнетение жизни жизни  Min Экологический фактор Max Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в 1840 г. Лимитирующие факторы определяют географический ареал вида и являются ключом к управлению экосистемами. Однако в разные периоды жизни организма и в разных ситуациях, в качестве лимитирующих выступают различные факторы. Экологические факторы делятся также на:
Существует и другая классификация экологических факторов:
Все факторы в природе воздействуют на организм одновременно. Факторы по своему воздействию неравноценны для организмов. Их можно подразделить на: ведущие (главные) и фоновые (сопутствующие, второстепенные). Свойство видов адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием экологическая пластичность или экологическая валентность вида. Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого данный вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность, тем шире диапазон его толерантности (выносливости). Наиболее полно всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В.Шелфорда, - отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном и количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называются пределами толерантности. Несмотря на взаимовлияние факторов, они не могут заменить друг друга, что нашло отражение в законе независимости факторов В.Р. Вильямса: «условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим». Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется ограничивающим или лимитирующим. Особым случаем принципа ограничивающих факторов является закон минимума, или закон Либиха. «Рост и развитие организмов зависят, в первую очередь, от тех факторов природной среды, значение которых приближается к экологическому минимуму» Закон минимума имеет два ограничения:
На рисунке пунктиром показаны потенциальные верхний и нижний уровни метаболизма и потенциальный диапазон активности. Фактический диапазон метаболизма и активности показаны сплошными линиями. Заштрихованные области отражают уменьшение пределов толерантности. Уменьшение произошло в результате затрат на физиологическую регуляцию, которые повышают минимальный обмен. Это происходит из-за увеличения энергетических затрат организма на компенсацию отрицательного воздействия факторов природной среды. В естественных условиях организм не всегда достигает максимальных активности и метаболизма. Часть он тратит на физиологическую регуляцию. Принцип действия лимитирующих факторов.       |