Предметом экологии является совокупность связей между организмами и средой, рождаемость, смертность, внутривидовые отношения, потоки энергии, круговорот веществ. Главный объект изучения в экологии- экосистемы (единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания).

Задачи экологии весьма многообразны. Их условно можно разделить на теоретические и прикладные.

К теоретическим задачам относятся:

1. Разработка общей теории устойчивости экологических систем.

2. Изучение экологических механизмов адаптации к среде.

3. Исследование регуляции численности популяции.

4. Изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания.

5. Исследование продукционных процессов.

6. Исследование процессов, протекающих в биосфере с целью поддержания ее устойчивости.

7. Моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

К прикладным задачам относят следующее:

1. Прогнозирование и оценка отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека.

2. Улучшения качества окружающей природной среды.

3. Сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов.

4. Оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экономически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее неблагополучных районах.

Основные разделы экологии.

Структура экологии рассматривается с различных точек зрения, и единой системы пока не существует. Теоретической основой экологии является общая экология, которая включает ряд разделов:

1. Аутэкология (от греч. autos - сам) - раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма с внешней средой, в основе которых лежат его морфофизиологические реакции на воздействия среды. С изучения этих реакций начинается любое экологическое исследование.

2. Демэкология (от греч. demos - народ) или популяционная экология изучает естественные группировки особей одного вида, то есть популяции - элементарные надорганизменные макросистемы. Важнейшая задача демэкологии - выяснение условий формирования популяции, а также внутрипопуляционных группировок и их взаимоотношений, структуры, динамики численности популяции.

3. Эйдэкология (от греческого eidos - образ, вид) , или экология ви­дов, - наименее разработанный раздел современной экологии. Вид как уровень организации живой природы, как надорганизменная био­логическая макросистема только начинает становиться объектом эко­логических исследований. В экологической науке в основе интегра­ции живых организмов в системы традиционно лежит следующая схе­ма: особь (организм) - популяция - биогеоценоз (экосистема) - биосфера. Вид в этой схеме не нашел отражения. Таким образом, любая новая особь (организм) и популяция как представители конкретного вида одновре­менно входят в состав определенного биоценоза, то есть как бы име­ют двойное подчинение. Эту вторую систему интеграции живой при­роды можно представить следующей схемой: особь - популяция - вид - биосфера.

4. Синэкология (от греч. syn - вместе) , или экология сообществ (биоцено- логия), изучает ассоциации популяций разных видов расте­ний, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы, их фор­мирование и развитие, структуру, динамику, взаимодействия с физи­ко-химическими факторами среды, энергетику, продуктивность и дру­гие особенности. Базируясь на аут-, дем- и эйдэкологии, синэкология приобретает собственный четко выраженный характер. Синэкологические исследования направлены на изучение взаимоотношений популяций, сообществ и экосистем со средой.

Между разделами и направлениями экологии существуют тесная взаимосвязь.

С точки зрения объектов исследования экологию делят на экологию растений , животных, микроорганизмов, человека и т. д. Разделение это искусственное. Искусственный разрыв между этими науками сохраняется и в настоящее время, однако предпринимаются попытки к их объединению.

Современная наука не ограничивается только рамками биологической дисциплины. Актуальность и многогранность возникшей проблемы, вызванной обострением экологической обстановки привела к экологизации многих естественных, технических и гуманитарных наук. На стыке экологии с другими отраслями продолжается развитие новых направлений: инженерная экология, геоэкология, математическая, сельскохозяйственная, космическая и т. д.

Т.о. экология связана с биологическими науками, с небиологическими науками, социальными.

Методы экологии

1. полевые исследования.
2. камеральная обработка (с помощью аппаратуры)
3. математические методы (статистические)

4. моделирование (Пример: не учли местные особенности речного стока рек Амударьи и Сырдарьи, не смоделировали ситуацию, в итоге существует проблема Аральского моря);

5. прогнозирование (так известно, что мировых запасов Земли осталось [при сохранении нынешних темпов использования ресурсов]: нефть, газ - 85-80 лет; каменный уголь ­­­­­­- 140 лет; медь - 64 года; серебра - 29 лет; редкоземельные металлы - 45-60 лет; железная руда).

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.

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)…

Дайте определение экологии. Что является предметом и задачами ее изучения?

Экология - один из сравнительно молодых и бурно развивающихся разделов биологии - изучает взаимоотношения организмов между собой и со средой обитания. Взаимодействие организмов со средой рассматривает каждая биологическая наука. Экология затрагивает лишь ту его сторону, которая обусловливает развитие, размножение и выживание особей, структуру и динамику популяций, и сообществ. На определённом этапе развития наших представлений о природе произошло идейное сближение экологии с другими биологическими, да и не только биологическими, науками. Особенно тесные связи установились между экологией и физиологией. В результате выделилось и успешно развивается новое направление - экологическая физиология. Экологические и физиологические методы исследований взаимно пронизывают обе эти науки. Произошло сближение экологии и морфологии. Такие понятия, как «экологическая морфология», «экологическая эмбриология», стали уже привычными.

Термин «экология» (от греч. oikos - жилище, место обитания и logos - наука) предложил Э. Геккель в 1866 г. для обозначения биологической науки, изучающей взаимоотношения животных с органической и неорганической средами. С того времени представление о содержании экологии претерпело ряд уточнений, конкретизаций. Однако до сих по нет достаточно чёткого и строгого определения экологии, и все ещё идут споры о том, что такое экология, следует ли её рассматривать как единую науку или же экология растений и экология животных - самостоятельные дисциплины. Не решён вопрос, относится ли биоценология к экологии или это обособленная область науки. Не случайно почти одновременно появляются руководства по экологии, написанные с принципиально разных позиций. В одних экология трактуется как современная естественная история, в других - как учение о структуре природы, в котором конкретные виды рассматриваются лишь как средства трансформации вещества и энергии в биосистемах, в третьих - как учение о популяции и т.д. Нет необходимости останавливаться на всех существующих точках зрения относительно предмета и содержания экологии. Важно лишь отметить, что на современном этапе развития экологических представлений все более чётко вырисовывается её суть. Экология - это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых её проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учётом изменений, вносимых в среду деятельностью человека. Из этой формулировки можно сделать вывод, что все исследования, изучающие жизнь животных и растений в естественных условиях, открывающие законы, по которым организмы объединяются в биологические системы, и устанавливающие роль отдельных видов в жизни биосферы, относятся к экологическим.

Однако приведенное определение слишком пространно и недостаточно конкретно, хотя на первых этапах развития экологии один из вариантов его (экология - это наука об отношениях организмов друг с другом и со средой, наука о приспособлениях и т.п.) не только был принципиально верным, но и мог служить ориентиром при постановке ряда исследований. В последнее время экологи пришли к принципиально важному обобщению, показав, что условия среды осваиваются организмами на популяционно-биоценотическом уровне, а не отдельными особями вида. Это привело к интенсивному развитию учения о биологических макросистемах (популяциях, биоценозах, биогеоценозах), что оказало громадное влияние на развитие биологии в целом и всех её разделах в частности. В результате стали появляться всё новые и новые определения экологии. Её рассматривали как науку о популяциях, о структуре природы, о динамике численности и т.д. Но все они, несмотря на некоторую специфичность, определяют экологию как науку, исследующую законы жизни животных, растений и микроорганизмов в естественной среде обитания с учётом роли антропических факторов.

Основные формы существования видов животных, растений и микроорганизмов в естественной среде обитания - это внутривидовые группировки (популяции) или многовидовые сообщества (биоценозы). Поэтому современная экология изучает взаимоотношения организмов и среды на популяционно-биоценотическом уровне. Конечной целью экологических исследований является выяснение путей, с помощью которых вид сохраняется в постоянно меняющихся условиях среды. Процветание вида заключается в поддержании оптимальной численности его популяций в биогеоценозе. Следовательно, основным содержанием современной экологии становится исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-биоценотическом уровне и изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов (экосистем) и биосферы, их продуктивности и энергетики.

Отсюда очевидно, что предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы, экосистемы) и их динамика во времени и пространстве. Из содержания и предмета исследований экологии вытекают и её основные задачи, которые могут быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биогеоценозах и их системах. Структура биоценозов, на уровне формирования которых, как было отмечено, происходит освоение среды, способствует наиболее экономичному и полному использованию жизненных ресурсов.

1.1. Предмет изучения экологии

Экология - это наука, которая изучает отношения организмов (особей, популяций, биоценозов и т.п.) между собой и с окружающей неорганічною природой, общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня, среду обитания живых существ (включая человека). Усиление влияния человека на природу оказывает все большую остроту экологическим проблемам взаимодействия человека и природы, человечества и биосферы.

Экология как наука сформировалась в середине ХІХ века, когда возникло понимание, что не только строение и развитие организмов, но и их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям.

Понятие «экология» впервые употребил в 1866 году немецкий ученый Е. Геккель. Оно происходит от греческих слов oikos, что означает дом, жилище, место пребывания и logos - наука. «Под экологией мы понимаем сумму знаний, - писал Е. Геккель, - относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей средой как органическим, так и неорганическим и прежде всего - его дружественных и враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, взаимоотношений, которые Дарвин называет условиями, порождающими борьбу за существование» .

Первоначально этот термин применялся тогда, когда речь шла об изучении взаимосвязей между растительными и живыми сообществами, которые входят в состав стойких и организованных систем, которые сложились в процессе эволюции органического мира и окружающей среды.

Американский эколог Юджин Одум дал самое краткое и наименее специальное определение экологии как биологии окружающей среды.

Формирование экологии как науки происходило в начале ХХ века, и долгое время она развивалась среди биологических наук. Важную роль в дифференциации экологической науки отыграл III Ботанический конгресс, который состоялся в 1910 году в Брюсселе. На нем было решено разделить экологию растений на экологию особей (аутекологію) и экологию сообществ (синекологію). Это деление распространилось также на экологию животных и общую экологию.

Общая экология занимается исследованием всех типов экосистем. Экология растений изучает связи растительных организмов со средой. Экология животных исследует динамику и организацию животного мира.

Кроме того, существует экология человека и экология микроорганизмов. С 70-х годов ХХ века складывается социальная экология, изучающая особенности взаимодействия общества и окружающей среды и ее охраны.

Однако высокие темпы роста населения на земном шаре, бурное развитие промышленности, транспорта, строительства сопровождались все большими объемами потребления природных ресурсов. Техногенный характер цивилизации западного типа с ее мощным потенциалом средств уничтожения всего живого на Земле, развитие научно-технологического прогресса обусловил под влиянием деятельности человека (антропогенной деятельности) большие изменения в окружающей среде.

Во многих странах мира - Северной Америки, Западной Европы, Японии - обострилась экологическая ситуация, возникли регионы экологического кризиса, где качество среды обитания не соответствовала нормальным условиям функционирования живых организмов. Во второй половине ХХ века. возникла необходимость исследовать среду обитания человека. А это, в свою очередь, обусловило «экологизацию» многих отраслей современной науки. Вопросами охраны среды обитания человека, рационального природопользования в настоящее время активно занимаются такие науки, как экономика, география, геология, химия, физика, математика и др. Сбылось предсказание В. И. Вернадского о том, что наши знания будут развиваться не по наукам, а по проблемам.

Экология значительно расширила предмет своего изучения. Более того, за короткое время, преимущественно с 60-70-х годов ХХ века. состоялась диверсификация науки. За М. Ф. Реймерсом, экология - это: 1) часть биологии (биоэкология), изучающая отношения (отношения) организмов (особей, популяций, биоценозов) между собой и окружающей средой, то есть имеет тот предмет изучения, что его очертил еще Е. Геккель; 2) дисциплина, изучающая общие законы функционирования экосистем различного иерархического уровня. Под иерархией понимают расположение элементов, регионов, систем ступенчатым рядом. На каждой ступени (или уровни) в результате взаимодействия с окружающей средой (энергией и веществом) возникают характерные функциональные системы; 3) комплексная наука, исследующая среду обитания живых существ, в том числе и человека; 4) область знаний, которая рассматривает некоторую совокупность предметов и явлений под углом зрения субъекта или объекта (в основном живого и с участием живого); 5) исследование положения человека как вида и общества в экосфере планеты, ее связи с экосистемами и величина воздействия на них .

Очень широк спектр подразделений экологии. В него входят специализированные экологические науки, которые различаются по объектом и предметом исследования.

Биоэкология - часть биологии, изучающая отношения организмов (особей, популяций, биоценозов и т. п) между собой и с окружающей средой. В ее состав включается экология особей (аутэкология), популяций (популяционная экология, демекологія) и сообществ (синекологія).

Аутэкология изучает взаимосвязи представителей вида с окружающей средой. Она, главным образом, изучает пределы устойчивости вида и его взаимодействие с различными экологическими факторами: теплом, светом, влагой, плодородием и др., а также исследует влияние среды на морфологию, физиологию и поведение организмов, раскрывает общие закономерности действия факторов среды на живые организмы.

Синекологія анализирует отношения между отдельными представителями определенной совокупности живых организмов, относящихся к разным популяциям, а также между ними и окружающей средой.

В тридцатые годы ХХ века сформировалась популяционная экология - демекологія. Она изучает структуру вида (биологическую, половую, возрастную, экологическую) и описывает колебания численности различных видов и устанавливает их причины.

На современном этапе развития общества экология решает круг проблем и пользуется методами, материалами, принципами, которые далеко выходят за пределы сугубо биологических наук. Несмотря на то, что отдельные ученые (преимущественно биологи) продолжают относить ее к биологическим наукам, большинство из них, в частности геоекологи, считают, что сейчас экология сформировалась в принципиально новую интегральную дисциплину, которая объединяет все естественные, точные, гуманитарные и социальные науки. Этого взгляда придерживаются Н. Реймерс, Г. Голубев, А. Яблоков, А. Яншин, Г. Ягодин, А. Лаптев, Д. Медоуз, Т. Миллер, К. Монтгомери и много других известных отечественных и зарубежных исследователей. 20 лет назад профессор-географ В. Алпатов отметил, что экологию в равной степени можно отнести как к биологической, так и к географической области знаний, и ее следует рассматривать как вполне самостоятельную науку. На долю экологии выпало задание разработать новые, научно обоснованные методы, исходят из идеи сохранения биосферы планеты.

Существует несколько определений современной экологии и несколько классификаций ее основных составляющих. Одни авторы главное внимание уделяют общефилософским и культурным аспектам, вторые - социальным, третьи - эколого-экономическим, четвертые - біоекологічній детализации.

Так, Г. Швебс в центре схемы классификации экологического знания ставит культуру как основу накопления человечеством знаний, богатства истории человечества, воплощенной в духовных и материальных ценностях, и как элемент творческой деятельности (культура производства, полеводства, поведения, природопользования и др). Он считает, что экологизация мышления будет естественной формой деятельности только после того, как станет неотъемлемым элементом культуры. А для этого необходима соответствующая подготовка и междисциплинарный подход, когда в центре стоит загальнофілософський направление - культура.

Г. Швебс считает нецелесообразным, классифицируя современные экологические знания, основное место отводить биоэкологии, технологии или геоэкологии, поскольку в этом случае предметный подход сужает проблему. Объясняя свое видение проблемы, он утверждает: «… ядром экологического образования должна стать социальная экология - междисциплинарная отрасль знания о взаимоотношениях в системе » природа - общество» . То есть в основу положен все же не обобщающее понятие «культура», а один из разделов общей экологии - соціоекологію.

В схеме Г. Швебса заслуживает внимания справедливое выделение среди основных четырех уже известных, определенных большинством исследователей блоков экологических знаний (биоэкология, геоэкология, техноэкология, экология человека), разделов «экология души» и «экология культуры» (исследование вопросов экологической этики, экологизации искусства, дипломатии). Но предложение рассматривать всю экологию только в системе общественных наук вызывает сомнения.

В виде цветка с шестью лепестками - отраслевыми подразделениями - и «теоретической соціоекологією» внутри предложил свою структурную схему современной экологической науки Г. Бачинский. Он тоже придерживается мнения, что под воздействием больших антропогенных изменений окружающей среды на протяжении последних десятилетий на грани естественных, общественных и технических наук в большинстве развитых стран начала формироваться новая комплексная научная дисциплина - соціоекологія. Г. Бачинский является горячим сторонником этого термина и, излагая свое мнение относительно цели, задач и методов различных экологических подразделений, до многих широко известных ранее терминов добавляет префикс социо-: соціоекосистема, социоэкологической законы взаимодействия общества и природы, соціоекологічне право, социоэкологической научные учреждения и тому подобное, практически не изменяя сущности самих понятий.

Схема структуры экологии Г. Бачинского упрощенная и весьма неубедительно обосновывает целесообразность отведения центрального места соціоекології, которая «не просто механически суммирует результаты отраслевых соціоекологічних исследований, но и обобщает их на качественно новом системном уровне, изучая соціоекосистеми как целостные системные объекты». Автор утверждает, что «соціоекологія, как каждая самостоятельная наука, имеет свою теоретическую базу, четко очерченный круг задач, характерных только для нее, объект, предмет изучения и свои методы исследований». К сожалению, теоретический потенциал соціоекології сейчас очень слабый и «своих методов исследований» она не имеет, а использует методы, которые широко применяются в экономике, геологии, географии, биологии, математике и тому подобное. Схема Г. Бачинского не дает представления о характере взаимосвязей между отдельными подразделениями экологии, а также о их иерархию, не охватывает новейших подразделений экологической науки (глобальной экологии, космической, техноекологічної, урбоекології) и слишком соціологізована.

А. Лаптев предлагает свою диверсификацию современной экологии, где главное место отводит общей экологии, которая охватывает семь основных подразделений экологии биотических и біокосних систем, географическую (ландшафтную), градостроительную (инженерную), социальную, экономическую, промышленную и сельскохозяйственную экологию. Эта схема не детализирована, но четче и логичнее, чем схема Г. Бачинского. Новейших подразделений она также не охватывает.

Один из ведущих молдавских біоекологів И. Дедю в своем фундаментальном труде «Экологический энциклопедический словарь» много внимания уделил вопросам сущности структуры и задач современной экологии. Современную экологию он считает синтетической биологической наукой о взаимосвязи между живыми организмами и окружающей средой.

И. Дедю замечает, что современная теоретическая фундаментальная экология еще только развивается, но именно она должна стать биологической базой для трех основных наук об окружающей среде - глобальной экологии, экологии человека и охраны природы. Не отрицая необходимости выделения новых экологических подразделений в структуре современной экологии, объединенных им в блоке «прикладная экология», И. Дедю в основу схемы положил биологию, уменьшив значение географических, геологических и техногенных аспектов. Но важным является то, что, ставя в центр внимания современной экологии исследования всех аспектов взаимодействия энергии и вещества в экосистеме, ученый считает, что природные экосистемы образуют биотипы и биоценозы на всех их уровнях, которые являются главным объектом изучения экологии.

То есть в решении проблемы одинаково большое значение придается исследованию генезиса, динамики и взаимосвязей всех экологических факторов: биотических, абиотических и антропогенных.

Наиболее подробной и обоснованной является схема структуры современной экологии, предложенная российским экологом М. Реймерсом. Он приводит пять различных определений экологии (биоэкологии как, как комплексной науки, изучающая среду обитания живых существ и тому подобное).

Центральное место в схеме М. Реймерса занимает большая экология (общая, глобальная мегаекологія), которая делится на блоки, отделы и подотделы (всего 38 подразделений).

Основными блоками в схеме есть биоэкология, географическая, или ландшафтная экология, экология человека и прикладная экология (техноэкология). Отдельно выделены также динамичную, общую аналитическую и космическую экологию.

Несмотря на совершенство (по сравнению с другими схемами), схема Г. Реймерса, по мнению Г. А. Белявского, Н. М. Падун, Г. С. Фурдуй, имеет определенные недостатки.

Во-первых, схема и ее объяснения не дают четкого представления о том, какая разница между функциями экологии большой (глобальной) и общей, которую определено отдельным отделом. Не понятно, почему блоки «аналитическая экология» и «динамическая экология» оторваны от блока «биоэкология», а несколько подразделений «медицинской экологии» отделены от блока «экология человека» и помещены в блок «прикладная экология» совместно с «инженерным» и «сельскохозяйственной экологии».

Во-вторых, схема не охватывает такие важные новые подразделы, как экология культуры, военного дела, транспорта, энергетики, правовая экология.

В-третьих, в блоке географическая экология меньшие подразделения выделены по совершенно разным критериям - геоструктурним, зонально-ландшафтным, геохимическим, категорией природных вод. В схеме нет подразделений «экономика рационального природопользования» и «охрана ресурсов», не учтены геологические аспекты и тому подобное.

Этими авторами предложена новая схема классификации экологии, в которой для всех разделов современной экологии обобщающим понятием должно быть «большое», или «общая экология». Ее главными задачами являются следующие:

изучение с позиций системного подхода общего состояния современной биосферы планеты, причин его формирования и особенностей изменений под воздействием природных и антропогенных факторов (т. е. изучение закономерностей формирования, существования и функционирования биологических систем всех уровней во взаимосвязи с атмосферой, литосферой, гидросферой, техносферой);

прогноз динамики состояния биосферы во времени и пространстве;

разработка путей гармонизации взаимоотношений человеческого общества и природы, сохранение способности биосферы к самовосстановлению и саморегуляции с учетом основных экологических законов и общих законов оптимизации взаимосвязей общества и природы.

Схема состоит из шести блоков: центрального - общая (большая) экология и пяти основных (биоэкология, геоэкология, техноэкология, соціоекологія и космическая экология). Каждый блок имеет свои экологические отраслевые отделы и подотделы. Всего в схеме насчитывается более 80 экологических подразделений, которые охватывают практически все современные направления экологических исследований (рис. 1.1). С появлением новых направлений исследований и деятельности схему легко можно дополнить.

Самым развитым и самым «старым по возрасту» есть блок биоэкология - материнский субстрат экологической науки. Структура этого блока построена с учетом идей современных выдающихся біоекологів (Ю. Одум, Г. Дажо, Н. Ф. Реймерс, И. Дедю и др.). Но до уже известных подразделений блока биоэкологии добавляются еще такие, как основы биоиндикации, экспериментальная экология, заповедное дело, біоекомоніторинг, биосферная, экология человека.

Блок геоэкология состоит из семи основных разделов и девяти подразделений. Основными является ландшафтная экология, экономика природопользования и охрана окружающей среды (для решения их задач используются результаты исследований практически всех других геоэкологических подразделений, а также многих подразделений, структурно входящих в биоэкологии, техноэкологии и соціоекології), экология атмосферы, гидросферы и литосферы. В последних двух подразделах структурными элементами являются экология искусственных водоемов, Мирового океана, озер и болот, рек, почв, месторождений полезных ископаемых (или горного дела), геоінженерна экология, геологическое заповедное дело и др. Новейшие разделы блока - геоекоінформатика и экология геоенергоаномальних зон.

Основными структурными элементами блока техноэкология являются экология энергетики, промышленности, агроэкология, экология транспорта, военного дела. В частности, экология энергетики имеет такие подразделы: экология АЭС, ТЭС, ГЭС, нетрадиционных источников энергии (солнечная, геотермальная, ветровая, биоэнергетика, энергетика моря). Экология промышленности объединяет такие направления, как экология химической, металлургической, топливной, электроэнергетики, деревообрабатывающей промышленности, машиностроения и промышленности стройматериалов.

Агроэкология делится на почвозащитную, мелиоративную и агрохимическую экологию и экологию животноводства.

Блок соціоекологія имеет 12 подразделений, главные из которых - психоекологія, урбоэкология, экология народонаселения, природоохранное законодательство и международное сотрудничество в охране биосферы.

И, наконец, блок космическая экология - молодое направление экологических исследований, который имеет следующие подразделы: экология космических аппаратов, экология ближнего Космоса, экология планет солнечной системы, экология внешнего Космоса и глобальный космический екомоніторинг.

Каждый из указанных блоков общей экологии должен решать свой круг проблем, но все они тесно связаны между собой, и каждый пользуется материалами и результатами другого во время выполнения разработок, моделей и прогнозов относительно природной среды.

В наше время наблюдается бурная экологизация различных технических дисциплин, под которой следует понимать процесс неуклонного и последовательного внедрения технологических, управленческих и других решений, позволяющих повышать эффективность использования естественных ресурсов наряду с улучшением или хотя бы сохранением качества природной среды (или жизненной среды вообще) на локальном, региональном, национальном и глобальном уровнях. Существует и понятие экологизации технологий производства, суть которого состоит в применении мероприятий по предотвращению отрицательного воздействия производственных процессов на природную среду. Экологизация технологий достигается путем разработки современных технологий с минимумом вредных веществ на выход - безотходные или малоотходные технологии. В последнее время во всем мире начинают самые разнообразные направления экологических исследований, чтобы обеспечить специалистов необходимой экологической информацией из всех сфер человеческой деятельности. Сейчас сформировалось около ста направлений экологических исследований, которые можно объединить по принципу отраслевой принадлежности, взаимосвязей, взаємопідпорядкованості, приоритетности, теоретического и практического значения (рис. 1.2).

В связи с этим экология распалась на ряд новых отраслей и дисциплин, которые значительно отошли от первоначального определения экологии как науки об отношениях живых организмов с окружающей средой. Но в основе всех современных направлений экологии лежат фундаментальные идеи биоэкологии.

Экологию по размерам объектов изучения разделяют на географическую или ландшафтную, объектами изучения которой являются крупные геосистемы, географические процессы, и на глобальную экологию, предметом исследования которой являются биосфера и антропогенная деятельность
в ее пределах.

Глобальная экология. Как научная дисциплина изучает биосферу, то есть экосистему, охватывающую всю планету. Предметом исследования глобальной экологии является также экологические связи биосферы с процессами, происходящими в недрах Земли и в космосе.

Глобальная экология стала единственным учением о экологические взаимоотношения биосферы с факторами различного происхождения, пытаясь комплексно исследовать влияние на нее антропогенных, космических, географических, геохимических и других факторов. Основные задачи глобальной экологии заключаются в изучении антропогенных изменений природной среды, обоснования методов его сохранения и улучшения в интересах человечества, выяснения закономерностей эволюции биосферы. Первоочередной задачей является прогнозирование изменений биосферы в будущем.

Космическая экология - отрасль экологии, изучающая особенности жизнедеятельности человека и других организмов в практически полностью замкнутых микросистемах космических кораблей и станций. Она разрабатывает системы жизнеобеспечения, изучает возможности создания условий для длительных межпланетных полетов.

По отношению к предметам изучения экология подразделяется на экологию микроорганизмов, грибов, растений, животных, человека, сельскохозяйственную, прикладную, инженерную и общую экологию - теоретическую и обобщающую дисциплину.

За средой и компонентам различают экологию суши, пресных водоемов, морскую, высокогорную, химическую и тому подобное.

По подходам к предмету изучения выделяют аналитическую и динамическую экологию.

Во временном аспекте различают историческую и эволюционную экологию.

В системе экологии человека существует социальная экология, изучающая взаимоотношения элементарных социальных групп общества и человечества в целом с жизненной средой.

Прикладная экология - дисциплина, изучающая механизмы антропогенного воздействия на биосферу, способы предотвращения негативных процессов и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов без деградации среды обитания. Прикладная экология базируется на системе законов, принципов и правил экономики природопользования.

Прикладная экология как наука базируется, прежде всего, на знаниях в различных областях биологии - физиологии, генетике, биофизике, но она также связана с другими естественными науками - физикой, химией, геологией, географией, математикой. Прикладная экология, кроме того, не может быть отделена от экономики, морали, права, поскольку только в союзе с ними может коренным образом изменить отношение человека к природе.

Прикладную экологию по научным направлениям разделяют на промышленную экологию, экологию энергетики, сельскохозяйственную, канцерогенеза и тому подобное.

Итак, современное толкование термина «экология» как области знаний заключается в рассмотрении и раскрытии закономерностей развития организмов, предметов, компонентов сообществ и сообществ в целом во взаимодействиях в системах биогеоценозов, нообіогеоценозів, биосфере с точки зрения субъекта или объекта (живого или с участием живого), который является центральным в этой системе.

В некоторых случаях к экологии относят смежные прикладные и напівприкладні области знаний, главным образом связанные с енваронментологією - комплексная дисциплина об окружающей человека, главным образом естественное, о его качестве и его охрану. Термин «экология» начинают отождествлять с дисциплиной «Охрана природы» или «Охрана окружающей среды». Однако эти дисциплины традиционно базируются на введении запретов и регламентаций, а не на общей рационализации природопользования.

Современные экологические исследования должны быть научной базой для разработки стратегии и тактики поведения человечества в природной среде, рационального природопользования, охраны и воспроизводства окружающей среды. Важнейшим выводом экологических исследований должно быть определение экологической емкости территорий, что полностью зависит от состояния их экосистем.

Геккель Е. Естественная история миротворения: общедоступное научное изложение учения о развитии. - Спб.: Науч. мысль, 1909. - С. 247.

Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь-справочник. - М.: Мысль, 1990. - С. 592-594.

Швебс Г. Ы. Контурное земледелие. Одесса: Маяк, 1985. - С. 17.

(Visited 3 655 times, 1 visits today)

Предыдущая статья: Чему равна скорость света Следующая статья: Углерод — характеристика элемента и химические свойства