Основные положения современной экологии. 1. Цели и задачи дисциплины Экология. Экологические факторы. Тема Основные положения классической экологии Раздел Цели и задачи науки Экология. Экологические факторы. Изучение курса начнем с общих понятий дисциплины Экология

• Название: Тема Основные положения классической экологии Раздел Цели и задачи науки Экология. Экологические факторы. Изучение курса начнем с общих понятий дисциплины Экология
• Анкор: Основные положения современной экологии
• Дата: 29.01.2023
• Размер: 22.1 Kb.
• Имя файла: 1. Цели и задачи дисциплины Экология. Экологические факторы.docx
• Тип: Документы; #910111

Тема 1. Основные положения классической экологии
Раздел 1.1. Цели и задачи науки «Экология». Экологические факторы.
Изучение курса начнем с общих понятий дисциплины «Экология». Термин «экология» ввел в науку немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году. Термин происходит от греческих корней «ойкос» – «дом», «жилище», «обиталище» и «логос» – «наука». Наука, изучающая взаимоотношения организмов между собой и окружающей средой обитания.

В современном представлении экология – междисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе и в их взаимосвязи.

В современном представлении экология – междисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе и в их взаимосвязи.

Предметом экологии как науки является структура связей между организмами и средой.

Главный объект изучения в эколо­гии – экосистемы, или единые природные комплексы, образован­ные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов – организменный уровень, их популяций – популяционно-видовой уровень. А также биоценозов – совокупностей популя­ций, или биоценотический уровень, и биосферы в целом – биосферный уровень.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории гармоничного взаимодействия природы и общества на основе новой теории, рас­сматривающей человеческое общество как неотъемлемую часть био­сферы. Основной общетеоретической задачей является изучение закономерностей функционирования и устойчивости экосистем. Ведущие прикладные задачи направлены на оптимизацию решений для обеспечения экологической безопасности.

Структура Экологии.

С научно-практической точки зрения экологию подразделяют на теоретическую и прикладную.

Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни.

Прикладная экология изучает механизмы антропогенного воздействия человека на биосферу, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов.

Основой экологического направления является общая экология, которая изучает взаимоотношения компонентов в биотических системах.

Структуру общей экологии составляют четыре раздела:

1. Аутэкология, или экология видов, изучает влияние факторов среды обитания на конкретных особей. Пример: влияние абиотических факторов среды, таких как температура и содержание кислорода в воде, на численность судака в Куйбышевском водохранилище.

2. Демэкология, или популяционная экология, изучает отношение популяций к факторам среды и динамику популяций. Пример: исследование структуры популяций видов-вселенцев.

3. Синэкология, или экология экосистем, посвящена изучению взаимоотношения сообществ живых организмов с окружающей средой, структуру и динамику экосистем.

4. Экология биосферы рассматривает биосферу как глобальную экосистему.

История развития экологии.


В истории развития экологии можно выделить три основных этапа.

Первый этап – от древних времен до 60-х годов XIX века, зарождение экологии. Этот этап характеризуется накоплением данных о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания. На этом этапе делались первые научные обобщения. Характерной чертой этого периода является отсутствие собственного для экологии понятийного аппарата. В этот период Жан Батист Ламарк и Томас Мальтус впервые предупреждают человечество о возможных не­гативных последствиях воздействия человека на природу. Завершается этап определением понятия «экология», которое дал в 1866 году немецкий ученый Эрнст Геккель.

Второй этап – с 60-х годов XIX века до 50-х годов XX века. Становление экологии как самостоятельной отрасли знаний, формирование факториальной экологии. Начало этапа ознаменовалось выходом работ русских ученых Рулье, Се́верцова, Докучаева. Впервые был обоснован ряд принципов и понятий экологии, актуальных до настоящего времени. В 1877 году немецкий гидробиолог Мебиус вводит важнейшее понятие биоценоза. Под биоценозом он понимал закономерное сочетание организмов в определенных условиях среды. Неоценимый вклад в развитие основ экологии внес Чарлз Дарвин. Ученый выявил основные факторы эволюции органическо­го мира. Крупнейший русский ученый XX века Владимир Иванович Вернадский создает фундаментальное учение о биосфере. В 1926 году опубликована его монография «Биосфера»

Артур Тенсли в 1935 году выдвинул понятие экосистемы. Несколько позже, в 1940 году, Владимир Сукачев обосновал представление о био­геоценозе. Уровень отечественной экологии в 20–40-х годах был одним из самых передовых в мире, особенно в об­ласти фундаментальных разработок. В этот период работали такие выдающиеся ученые, как академик Вернадский, а также крупные экологи Сукачев, Бауэр, Гаузе, Беклемишев.

Современный этап развития экологии.
Третий этап – с 50-х годов XX века до настоящего време­ни. Превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране окружающей человека природной среды. Из строго биологической науки экология превращается в «значи­тельный цикл знания, вобрав в себя разделы географии, геологии, хи­мии, физики, социологии, теории культуры, экономики...». Происходит становление истинно системного подхода к изучению экологических объектов.

Современный период развития экологии связан с именами таких крупных зарубежных ученых, как Одум, Андерсен, Пианка́, Миллер. Среди отечественных уче­ных следует назвать Герасимова, Гилярова, Моисеева, Наумова, Реймерса, Розанова, Тимофее­ва-Ресовского.

Начало природоохранной деятельности Советского государства совпало с рядом первых декретов, начиная с «Декрета о Земле» от 26 октября 1917 года. Декрет заложил основы природопользования в нашей стране. Именно в этот период зарождается и получает законодательное выражение основной вид природоохранной деятельности – охрана природы.

Период 30–40-х годов характеризуется увеличением эксплуатации природных ресурсов, вызванных, главным образом, ростом масштабов индустриа­лизации. В России возникает новый вид природоохранной деятельности – рациональное использование природных ресурсов, или рациональное природопользование.

В 60–70-е годы развивается международное сотрудничество в области охраны природной среды.

Методы экологии.
Методологическая основа экологии базируется на системном подходе. Исследования ориентированы на изучение многообразия связей между элементами сложноорганизованных систем. Главными являются метод наблюдения, экспериментальный метод и моделирование.

Метод наблюдения представляет собой первый прием экологического наблюдения. Он включает измерение множества параметров системы с помощью электронной, акустической, фотографической и другой аппаратуры. Например, измерение температуры, солености, химического состава, радиационного фона, среды, описание состояния объекта. К методам наблюдения относятся мониторинг окружающей среды и экспресс-анализы.

Экспериментальный метод подразумевает постановку экспериментов, а также анализ результатов с целью решения практических задач. Исследователь следит за экосистемой, в которой им сознательно произведены изменения. Различают однофакторный эксперимент, когда изучается влияние одного фактора при фиксированных значениях остальных. Метод малоэффективен, так как на объекты исследований, как правило, действует комплекс факторов. Перспективным считается многофакторный эксперимент, который предполагает изучение исследователем нескольких факторов. Эксперименты проводятся в лабораториях или в полевых условиях.

Моделирование заключается в том, чтобы получить модель. Необходимо математически рассчитать модель, достаточно сходную с оригиналом, и эффективно изучать ее свойства. Модель имитирует явления реального мира, максимально приближенные к природной среде. Метод позволяет делать прогнозы и поэтому актуален в настоящее время.
Экологические факторы и их классификации.
Организм и среда обитания тесно связаны между собой. Под средой обитания понимают ту часть природы, которая непосредственно окружает живой организм и с ним взаимодействует. Среда обитания воздействует на живой организм множеством своих элементов, которые называются экологическими факторами.

Экологические факторы подразделяются на три группы.

Абиотические факторы представляют свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы. К ним относятся свет, температура, радиация, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, рельеф местности и другие.

Биотическими факторами называют различные формы воздействия живых организмов друг на друга. Они могут быть прямыми и опосредованными, то есть действовать через кого-то. Биотические факторы называют еще биотическими взаимодействиями.

К третьей группе антропогенных факторов относятся вырубка лесов, промысел, свалки, водохранилища, автомобильный транспорт и другие. Часть антропогенных факторов, связанная с производством, применением техники, транспорта, промышленности, называют техногенными.

Организм и среда обитания находятся в постоянном взаимодействии. Из окружающей среды в организм поступают, с одной стороны, питательные вещества и энергия. С другой стороны, организм выделяет в среду продукты своей жизнедеятельности. Таким образом, организм сам воздействует и изменяет среду.
Абиотические факторы и их влияние на живой организм.
Рассмотрим абиотические факторы и их воздействие на живой организм.

Среди основных абиотических факторов различают фи­зические, химические, эдафические, климатические, гидрографические, орографические, пирогенные факторы.

Источником физических факторов, или факторов неживой природы, слу­жит физическое состояние или явление. Примером физических факторов являются механические или волно­вые явления.

Химические факторы происходят от химического состава среды. Например, если соленость воды высокая, жизнь в водоеме может отсутствовать, как в Мерт­вом море. Но и в пресной воде не может жить боль­шинство морских организмов

Эдафические факторы оказывают воздействие на организмы, жи­вущие в них, и на корневую систему растений. Важными характеристиками почвы является рН – активная реакция почвенной среды и гумус. Низкие значения рН почвенного раствора показывают, что в почве содержится мало биогенных элементов. Поэтому продуктивность такой почвы крайне мала.

Среди кли­матических факторов наиболее значимыми для живых организмов являются свет, температура, влажность воздуха.

Свет является необходимым условием для осуществления процесса фотосинтеза. В результате фотосинтеза зеленые растения продуцируют органическое вещество и кислород, необходимые для жизнедеятельности живых организмов. По отношению к свету растения разделяются на следующие группы: тенелюбивые – сциофиты, теневыносливые, светолюбивые – гелиофиты.

Температура. Область распространения живого определяется диапазоном от чуть ниже 0 °С до +50 °С. От температуры зависит скорость окислительно-восстановительных реакций в организме и, как следствие, интенсивность метаболических процессов.

Организмы, неспособные регулировать свою собственную температуру, называются пойкилотермными. Пример: земноводные, пресмыкающиеся, насекомые и другие. Организмы, которые способны поддерживать постоянную оптимальную температуру тела, называются гомотермными. К таким организмам относятся млекопитающие, в том числе и человек, имеющие температуру тела 36–37 °С, и птицы с температурой тела 40 °С.

Влажность воздушной среды измеряется обычно в показателях относительной влажности. В растениях 97–99 % воды уходит в основном на транспирацию, иначе – на испарение через листья. Вода также расходуется на фотосинтез и около 0,5 % всасывается клетками.

Гидрографические факторы. В зависимости от способа адаптации к водной среде выделяются несколько экологических групп растений: гидатофиты, гидрофиты, гигрофиты, мезофиты, ксерофиты, суккуленты, склерофиты.

Выделяют экологические группы животных в зависимости от их отношения к воде: гигрофилы, или влаголюбивые, ксерофилы, то есть сухолюбивые, мезофилы – промежуточная группа.

Орографические факторы оказывают влияние на распространение организмов по земной поверхности. К этой группе факторов относятся: особенности элементов рельефа, высота над уровнем моря, экспозиция и крутизна склонов.

Пирогенные факторы служат своеобразным комплексом физического и химического воздействия на биоту в наземно-воздушной среде. Выделяют верховые и низовые пожары. Верховые пожары уничтожают всю растительность и большинство животных. Территории после верховых пожаров могут восстанавливаться десятки лет. Низовые пожары обладают избирательностью, способствуют развитию у организмов адаптирования к огню, стимулируют деструктирующую деятельность бактерий.
Лимитирующий фактор. Закон минимума Либиха и закон толерантности Шелфорда.
Несмотря на многообразие экологических факторов, характер их воздействия на живые организмы обладает общими закономерностями. Предлагается познакомиться с наиболее важными понятиями и законами факториальной экологии.

Лимитирующий фактор определяется минимумом или максимумом экологического воздействия. Поэтому именно лимитирующий фактор в большей степени влияет на выживаемость организма. Например, цветок перестали поливать водой. При оптимальных значениях всех остальных факторов – наличии света, питательных веществ и других – лимитирование по воде приведет к гибели цветка.

Фактору, который находится в минимальном количестве, принадлежит решающее значение. Эта идея легла в основу закона минимума, который впервые сформулировал немецкий химик Юстус Либих в 1840 году. Закон минимума Либиха звучит так: выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.

В дальнейшем Виктор Шелфорд установил, что ограничивающее значение имеют в равной степени факторы, которые находятся в максимуме. В 1913 году он формулирует закон, получивший название «закон толерантности Шелфорда». Согласно ему, выносливость вида определяется как минимумом, так и максимумом его экологических потребностей. Диапазон между минимальным и максимальным воздействиями экологического фактора составляет величину толерантности организма по отношению к данному фактору. Точки минимальных и максимальных значений называют экстремальными значениями, так как за их пределами наступает гибель организма.

Действие закона толерантности можно показать на следующем примере. Морской организм способен существовать при солености воды 20–30 ‰. Значит, диапазон толерантности организма по отношению к солености лежит в пределах значений от 20 до 30 промилле.

Зону толерантности также называют экологической валентностью. Организмы с узким диапазоном толерантности называются стенобионтными. Организмы, способные жить в широком диапазоне воздействия экологического фактора, называются эврибионтными. Так, по отношению к температуре организмы могут быть стенотермными или эвритермными, по отношению к солености – стеногалинными или эвригалинными.

Важнейшие экологические функции почв.
Рассмотрим почву как среду обитания. Почва представляет собой верхний слой земной коры, образованный в результате жизнедеятельности живых организмов. Почва имеет особый органоминеральный состав. В функционировании биосферы почва выполняет ряд важных функций.

Гидросферные функции проявляются в том, что почва участвует в формировании речного стока, водного баланса, биопродуктивности водоемов, защитного барьера акваторий.

Атмосферные функции почв состоят в обеспечении газообмена между почвой и воздушной оболочкой. При этом происходит формирование газового состава современной атмосферы и регулирование энергетического обмена и влагооборота атмосферы.

Литосферные функции включают развитие литосферы, биохимическое преобразование поверхностного слоя земной коры, аккумуляцию и трансформацию солнечной энергии.

Рассмотрим биосферные функции почвы. Главная функция почвы состоит в обеспечении существования жизни на Земле. Почва способствует постоянному взаимодействию большого геологического и малого биотического круговоротов веществ на земной поверхности. В почве происходит деструкция органического материала, в результате химические элементы многократно участвуют в круговороте вещества. Регулирование химического состава атмосферы и гидросферы также происходит в почве. Почва обеспечивает регулирование биосферных процессов. Аккумуляция органического вещества и связанной с ним химической энергии также осуществляется почвой.

Сельскохозяйственное значение почвы состоит в том, что она служит основным средством сельскохозяйственного производства.