Основы экологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Белорусский Государственный Педагогический Университет им. М. Танка

Вопросы к зачёту

Основы экологии

Минск 2016



1 .Предмет и определение экологии. Структура экологии. Задачи экологии

Экология (от греч. ойкос - дом и логос -- учение) -- наука о законах взаимодействия живых организмов со средой их обитания.

Основателем экологии считается немецкий биолог Э. Геккель (1834- 1919 гг.), который впервые в 1866 г. употребил термин «экология». 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.

К настоящему времени экология вышла за рамки собственно биологии и превратилась в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Сейчас человечество уже подошло к осознанию того, что дальнейшая эксплуатация природы может угрожать его собственному существованию. Актуальность этой проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации» -- к необходимости учета законов и требований экологии -- во всех науках и во всей человеческой деятельности.

Ни одна отдельная наука не способна решить все задачи, связанные с совершенствованием взаимодействия между обществом и природой, поскольку это взаимодействие имеет социальные, экономические, технологические, географические и другие аспекты. Решать эти задачи может лишь интегрированная (обобщающая) наука, какой и является современная экология. Таким образом, из несамостоятельной дисциплины в рамках биологии экология превратилась в комплексную междисциплинарную науку - современную экологию -- с ярко выраженной мировоззренческой составляющей. Современная экология вышла за пределы не только биологии, но и естествознания в целом. Идеи и принципы современной экологии имеют мировоззренческий характер, поэтому экология связана не только с науками о человеке и культуре, но и с философией. Столь серьезные изменения позволяют заключить, что, несмотря на более чем столетнюю историю экологии, современная экология -- наука динамичная.

Структура экологии

В настоящее время экология разделилась на ряд научных отраслей и дисциплин. Так, например, выделяют аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма со средой; популяционную экологию, занимающуюся отношениями между организмами, которые относятся к одному виду и живут на одной территории; синэкологию, комплексно изучающую группы, сообщества организмов и их взаимосвязи в природных системах (экосистемах).

Современная экология представляет собой комплекс научных дисциплин. Базовой является общая экология, изучающая основные закономерности взаимоотношений организмов и условий среды. Теоретическая экология исследует общие закономерности организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком и способы предотвращения этого процесса, а также разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов.

Из прикладной экологии выделяются следующие научные направления.

Экология биосферы, изучающая глобальные изменения, происходящие на нашей планете в результате воздействия хозяйственной деятельности человека на природные явления.

Промышленная экология, изучающая влияние выбросов предприятий на окружающую среду и возможности уменьшения этого влияния путем совершенствования технологий и очистных сооружений.

Сельскохозяйственная экология, изучающая способы получения сельскохозяйственной продукции без истощения ресурсов почвы при сохранении окружающей среды.

Медицинская экология, изучающая болезни человека, связанные с загрязнением окружающей среды.

Геоэкология, изучающая строение и механизмы функционирования биосферы

Математическая экология моделирует экологические процессы, т.е. изменения в природе, которые могут произойти при изменении экологических условий.

Экономическая экология разрабатывает экономические механизмы рационального природопользования и охраны окружающей среды.

Юридическая экология разрабатывает систему законов, направленных на защиту природы.

Инженерная экология - сравнительно новое направление экологической науки, изучает взаимодействия техники и природы

Социальная экология возникла совсем недавно. Изучает планету Земля, а также космос -- как жизненную среду социума.

Экология человека - часть социальной экологии, рассматривающая взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающим миром.

Валеология - одно из новых самостоятельных ответвлений экологии человека - наука о качестве жизни и здоровье.

Синтетическая эволюционная экология -- новая научная дисциплина, включающая частные направления экологии -- общую, био-, гео- и социальную.

Цели и задачи экологии

Одной из главных целей современной экологии как науки является изучение основных закономерностей и развитие теории рационального взаимодействия в системе «человек -- общество -- природа», рассматривая человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы. Главнейшая цель современной экологии на данном этапе развития человеческого общества -- вывести Человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития, при котором будет достигнуто удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих поколении. Для достижения этих целей экологической науке предстоит решить ряд разнообразных и сложных задач, в том числе: разработать теории и методы оценивания устойчивости экологических систем на всех уровнях; исследовать механизмы регуляции численности популяций и биотического разнообразия, роли биоты (флоры и фауны) как регулятора устойчивости биосферы; изучить и создать прогнозы изменений биосферы под влиянием естественных и антропогенных факторов; оценивать состояния и динамики природных ресурсов и экологических последствий их потребления; разрабатывать методы управления качеством окружающей среды; формировать понимание проблем биосферы и экологическую культуру общества. Окружающая нас живая среда не является беспорядочным и случайным сочетанием живых существ. Она представляет собой устойчивую и организованную систему, сложившуюся в процессе эволюции органического мира. Любые системы поддаются моделированию, т.е. можно предсказать, как та или иная система отреагирует на внешнее воздействие. Системный подход -- основа изучения проблем экологии.

экология надорганизменный экосистема



2. Деградация почв и опустынивание земель

Опустынивание -- процесс превращения (перехода) окультуренных плодородных орошаемых земель в безводные и безжизненные пустыни с потерей плодородия почв и растительности.

Деградация земель оказывает воздействие на жизнь человека по нескольким направлениям:

- потери сельскохозяйственных земель, означающее прямое снижение валовых объемов сельскохозяйственного производства;

- снижение продуктивности угодий в результате чрезмерной нагрузки, ее истощения, перевыпаса животных на пастбищах;

- уменьшение количества сельскохозяйственных угодий на душу населения. Потери земли и рост населения привели к сокращению их площади до 0,1 га на душу в развивающихся странах, в то время как в промышленно развитых странах этот показатель составляет 0,5 га;

- уменьшение количества кормов для скота;

- превращение людей в экологических беженцев в поиске новых или более плодородных земель.

Причины опустынивания.

Дефицит воды -- нехватки водных ресурсов для удовлетворения биологической потребности сельскохозяйственных культур и других видов растительности для их нормального роста и развития, а также требования окружающей среды по стабилизации развития экологических процессов.

Засуха -- длительный период времени года с недостаточным количеством осадков при повышенных температурах воздуха.

Аридизация климата -- усиление засушливости климата за счет увеличения температуры воздуха, испаряемости и уменьшения количества осадков, т.е. повышения дефицита влажности воздуха и снижения коэффициента увлажненности.

Вырубка леса -- оголение территории роста и развития лесных насаждений, что привело к нарушению снегозадержания, накопление влагозапасов от дождевых вод. Кроме того, за счет вырубки лесов происходит эрозия почв в склонах гор, предгорных равнин в виде смыва и размыва, в также оврагообразования.

Перепас скота -- оголение или изреженность территории пастбищ от растительности за счет увеличения количества голов скота по сравнению с нормативом. Оголение или изреженность территории пастбищ приводит к резкому снижению влагозапасов почв, формируемых под действием скудных атмосферных осадков в пустыне.

Биологическая гибель -- омертвление растительного мира за счет резкого нарушения их потребности в воде и повышения вредных токсических веществ в почвогрунтах и атмосфере.

Недостаток дренированности -- необеспеченность оттоком подземных вод в естественно-историческом развитии территории и общем дренажным стоком при искусственном дренировании для предотвращения подъема грунтовых вод и, как его последствия подтопление и вторичное засоление в процессе орошения и освоения земель.

Соленакопление:

1. под действием напорных грунтовых вод

2. на полях орошения под действием нарушения баланса солей

Такой тип соленакопления на полях орошения формируется в условиях когда приходная часть водно-солевого баланса поля, формируемого за счет водоподачи на полив сельхозкультур фильтрации из внутрихозяйственных полевых каналов, притока из грунтовых вод над расходной частью (суммарного испарения, перетока из зоны аэрации в грунтовые воды, запасов грунтовых вод в нижние водоносные пласты и дренажного стока) при недостаточной естественной и искусственной дренированности.

3. под влиянием притока с вышерасположенных земель.

Этот тип соленакопления формируется за счет переноса солей подземными водами в районах межконусных понижений, концевых частях конусов выноса и периферийной части пролювиальных склонов предгорных равнин, которые являются зоной разгрузки грунтовых вод.

4. Соленакопление под влиянием техногенных нарушений.

Соленакопление формируется за счет выброса отходов крупных рудников, заводов и фабрик, где остаточные продукты без очистки отводятся в водные источники -- в овраги, коллектора.

Снижение уровня грунтовых вод.

Снижение уровня грунтовых вод против их оптимальных глубин и режима за счет сработки запасов подземных вод и осушения дна морей и водоемов. Примером является осушенное дно Аральского моря, образованного под влиянием недостаточного поступления объема поверхностного стока по рекам Сырдарьи и Амударьи.

Прекращение орошения.

Орошение прекращается из-за недостатка водных ресурсов и нерентабельности ведения сельскохозяйственного производства на низкоплодородных земель включенных в орошаемый фонд.

Нарушение водного баланса водоема.

Нарушение водного баланса водоемов чаще всего возникает из-за дефицита водных ресурсов в регионе, используемых главным образом для развития сельскохозяйственного производства, промышленности и коммунально-бытового и рыбного хозяйства. Из-за дефицита водных ресурсов в пределах бассейна Аральского моря было осушено более 200-250 мелких и средних озер и водоемов.

Потери плодородия.

Чаще всего возникает из-за нерационального и неправильного ведения сельскохозяйственных культур за счет сильного засоления и подтопления земель при слабой дренированности территории. Опустынивание под влиянием потери плодородия орошаемых земель больше всего присущи орошаемым землям, расположенных в дельтовых районах рек.

Именно борьба с указанными причинами может изменить ситуацию с деградацией земель в лучшую сторону и помочь местным сообществам получить здоровую, плодородную землю для обеспечения благоприятных условия для жизнедеятельности.

3. История экологического знания

Экологические проблемы в той или иной мере решались человечеством стихийно на протяжении всей естественной истории. Человек рано понял, что пользоваться природными богатствами необходимо разумно, не нарушая продуктивных физических и биологических природных механизмов и сохраняя тем самым основу своего существования.

Корни экологического знания уходят в глубокую древность. Наскальные рисунки, сделанные первобытными людьми, свидетельствуют о том, что интерес человека к окружающему миру был далек от простого любопытства.

Становление экологии как науки

Ключевым моментом в развитии экологического знания было возникновение самого термина «экология». Днем рождения, а точнее «крещения», экологии как науки можно считать 14 сентября 1866 г., когда немецкий биолог Э. Геккель (1834-1919) закончил написание фундаментального труда «Всеобщая морфология организмов». Классифицируя разделы биологии в одном из подстрочных примечаний, Геккель впервые употребил слово «экология» (от греч. oikos -- дом, жилище, родина, местопребывание, обиталище и logos -- слово, учение) в отношении научного знания.

К концу XIX в. термином «экология» начали пользоваться многие биологи, причем не только в Германии, но и в других странах. Экология как наука возникла в середине XIX в. в недрах биологической науки, которая к тому времени стала интересоваться не только классификацией всего живого и строением организмов, но и реакцией животных и растений на условия существования.

Особую роль в развитии экологических идей сыграли труды великого английского ученого-естествоиспытателя Ч. Дарвина (1809-1882) -- основателя учения об эволюции органического мира. Вывод Дарвина о присущей всему живому постоянной борьбе за существование принадлежит к числу центральных проблем экологии.

Важным шагом на пути экологии к изучению целостных природных комплексов стало введение в 1877 г. немецким гидробиологом К. Мёбиусом (1825-1908) понятия о биоценозе. Заслуга Мёбиуса в том, что он сумел раскрыть многие закономерности формирования и развития естественных природных сообществ (биоценозов). Тем самым были заложены основы важного направления в экологии -- биоценологии.

Таким образом, К. Мёбиус один из первых применил к исследованию объектов живой природы особый подход, который в наши дни получил название системного подхода. Как признанная самостоятельная научная дисциплина экология оформилась около 1900 г.

Постепенно ученые-экологи перешли от стадии описательной к стадии осмысления собранных фактов. Интенсивное развитие получила экспериментальная и теоретическая экология. Именно на 20-40-е гг. XX в. приходится расцвет теоретической экологии. В тот же период появились первые основополагающие экологические концепции, такие как «пирамида чисел», в соответствии с которой численность особей снижается от растений (в основе пирамиды) до травоядных животных и хищников (на ее вершине); «цепь питания»; «пирамида биомасс».

Термин «экосистема» был предложен английским экологом А. Тенсли в 1935 г. Ее можно определить как ограниченное во времени и пространстве единство, природный комплекс, образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания (косной, например атмосферой, либо биокосной -- почвой, водоемом и т.п.), связанными между собой обменом веществ и энергии.Примером экосистемы может служит пруд с обитающими в нем растениями, рыбами. Экосистемой является лес с лесной подстилкой, почвой, микроорганизмами, с населяющими его птицами, травоядными и хищными млекопитающими.

Огромное влияние на развитие экологии оказали работы выдающегося русского геохимика В.И. Вернадского (1863-1945). Он изучал процессы, протекающие в биосфере, и разработал теорию, названную им биогеохимией, которая легла в основу современного учения о биосфере. В 1926 г. В.И. Вернадский опубликовал труд «Биосфера», который ознаменовал рождение новой науки о природе и связи с ней человека. В этой книге биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты. В работах но биосфере ученый утверждал, что живое вещество во взаимодействии с косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических и биологических циклах.

Взаимосвязи в живой природе, с которыми приходится сталкиваться ученым, чрезвычайно широки и многообразны. Поэтому в идеале эколог должен обладать поистине энциклопедическими знаниями, сконцентрированными во многих научных и общественных дисциплинах. Для успешного решения реальных экологических задач необходима совместная междисциплинарная работа исследовательских групп, каждая из которых представляет различные отрасли науки. Именно поэтому во второй половине XX в. в экологии сложились экологические школы ботаников, зоологов, геоботаников, гидробиологов, почвоведов и др.



4. Понятие популяции

Популяцией в экологии называют группу особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих общую территорию. Слово «популяция» происходит от латинского «популюс» - народ, население.

Члены одной популяции оказывают друг на друга не меньшее воздействие, чем физические факторы среды или другие обитающие совместно виды организмов. В популяциях проявляются в той или иной степени все формы связей, характерные для межвидовых отношений, но наиболее ярко выражены мутуалистические (взаимно полезные) и конкурентные.

Поддержание оптимальной в данных условиях численности называют гомеостазом популяции. Гомеостатические возможности популяций по_разному выражены у различных видов. Осуществляются они также через взаимоотношения особей.

Таким образом, популяции, как групповые объединения, обладают рядом специфических свойств, которые не присущи каждой отдельно взятой особи.

Основные характеристики популяций:

1) численность - общее количество особей на выделяемой территории;

2) плотность популяции - среднее число особей на единицу площади или объема занимаемого популяцией пространства; плотность популяции можно выражать также через массу членов популяции в единице пространства;

3) рождаемость - число новых особей, появившихся за единицу времени в результате размножения;

4) смертность - показатель, отражающий количество погибших в популяции особей за определенный отрезок времени;

5) прирост популяции - разница между рождаемостью и смертностью; прирост может быть как положительным, так и отрицательным;

6) темп роста - средний прирост за единицу времени.

Популяции свойственна определенная организация. Распределение особей по территории, соотношения групп по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям отражают структуру популяции. Структура популяций имеет, следовательно, приспособительный характер. Разные популяции одного вида обладают как сходными особенностями структуры, так и отличительными, характеризующими специфику экологических условий в местах их обитания.

Таким образом, кроме адаптивных возможностей отдельных особей, население вида на определенной территории характеризуется еще и приспособительными чертами групповой организации, которые являются свойствами популяции как надиндивидуальной системы.

5. Классификации факторов среды

Факторы среды (экологические факторы) - это любые свойства или компоненты внешней среды, которые влияют на организмы.

Факторы среды делятся на абиотические, т.е. факторы неорганической, или неживой, природы, и биотические - порожденные жизнедеятельностью организмов.

Совокупность абиотических факторов в пределах однородного участка называется экотопом, вся совокупность факторов, включая биотические, - биотопом.

К абиотическим факторам относятся:

климатические - свет, тепло, воздух, вода (включая осадки в различных формах и влажность воздуха);

эдафические, или почвенно-грунтовые, - механический и химический состав почвы, ее водный и температурный режим;

топографические - условия рельефа.

Климатические и эдафические факторы во многом определяются географическим положением экотопа - его удаленностью от экватора и от океана и высотой над уровнем моря.

Среди факторов среды различаются также прямые и косвенные. Прямые экологические факторы непосредственно влияют на растения. Примеры прямых факторов: увлажнение, температура, богатство почвы питательными элементами и др. Косвенные экологические факторы действуют на растения опосредствованно - через прямые факторы среды. Примеры косвенных факторов: географическая широта и удаленность от океана, рельеф (высота над уровнем моря и экспозиция склона), механический состав почвы. С подъемом в горы изменяется климат (количество осадков и температурный режим); экспозиция и крутизна склона влияют на интенсивность прогревания поверхности почвы и режим ее увлажнения.

Кроме того, прямые абиотические факторы среды разделяются на условия и ресурсы.

Условия - это факторы среды, которые организмы не потребляют. К их числу относятся температура, влажность воздуха, соленость воды, реакция почвенного раствора, содержание в воде и почве загрязняющих веществ, которые не используются растениями как элементы питания.

Ресурсы - это факторы среды, которые потребляются организмами. Поэтому один более сильный организм может «съесть» ресурсов больше, и другому более слабому их останется меньше.

Для растений ресурсами являются свет, вода, элементы минерального питания, диоксид углерода; для животных - биомасса растений, живые животные или мертвое органическое вещество. Необходимым ресурсом для подавляющего большинства организмов является кислород.

Биотические факторы являются следствием взаимоотношений организмов. Для растений - это конкуренция, влияние животных (растительноядных, паразитов, опылителей, распространителей плодов и семян), грибов (микоризных, паразитических), бактерий (азотфиксирующих и болезнетворных), вирусов. Для животных - это обеспеченность ресурсами питания, конкуренция, влияние хищников, патогенных микроорганизмов.

Факторы, связанные с влиянием человека, выделяются в отдельную группу антропогенных факторов.

К наиболее существенным антропогенным факторам относятся химическое загрязнение воды, атмосферы и почвы, техногенное нарушение экосистем при разработке полезных ископаемых, выпас скота, рекреационное влияние, промысел животных, заготовка растительного сырья и др.

Совокупности факторов абиотической среды формируют среды жизни - наземно-воздушную, водную, почвенную. Для многочисленных видов-паразитов средой жизни является организм хозяина.

Эти среды жизни различаются по условиям существования для организмов. Водная среда отличается высокой плотностью, теплопроводностью, способностью растворять соли и газы. Температурный режим в ней мягче, чем на суше. Для наземно-воздушной среды характерно обилие кислорода, света, резкие изменения температуры, перепады давления и периодический дефицит влаги.

Разные организмы используют разные среды жизни, причем, если рыбы или почвенные животные используют одну среду (соответственно водную и почвенную), то растения связаны с двумя и даже тремя средами (почвенной, наземно-воздушной и водной), две среды жизни используют амфибии (лягушки) и некоторые паразиты, которые часть жизненного цикла проводят в водной или наземно-воздушной среде.

Разнообразием условий существования организмов в разных частях планеты и в разных экотопах объясняется биологическое разнообразие - разнообразие живых организмов.



6. Уровни организации живых систем. Особенности надорганизменных систем: популяции, биоценоз, экосистем, биосфера

Уровни организации живых систем представляют собой иерархическую систему, которая является одним из основных свойств живого

Уровни организации живых систем

Основная группа или ступень	Уровень
Биологическая микросистема	Молекулярный Клеточный
Биологическая мезосистема	Тканевый Органный Организменный
Биологическая макросистема	Популяционно-видовой Биоценотический Биосферный

Популяция (от лат. populus -- народ, население) -- совокупность особей одного вида более или менее длительно занимающая определенное пространство и воспроизводящая себя в течение большого числа поколений.

К экологическим особенностям популяции относятся: ее местообитание и экологическая ниша, плотность, типы пространственного размещения и расселения, а также отношения между особями в популяции и между популяциями в биоценозе.

Местообитание--это занимаемое популяцией пространство со всей совокупностью абиотических экологических факторов. Экологическая ниша представляет собой положение популяции в сообществе (биоценозе), включая участие в трофических цепях.

Плотность характеризуется численностью особей популяции, приходящихся на единицу площади. У каждой популяции существует репродуктивный (воспроизводящий) потенциал, обусловливающий рост ее численности при наличии неограниченного пространства, пищи и других ресурсов, но при полном отсутствии любых факторов, препятствующих размножению и численному росту. В конечном итоге может наступить полное насыщение местообитания особями этой популяции, что, однако, встречается в природе чрезвычайно редко. Количество особей какого-либо вида, которое данная среда может обеспечить всем необходимым в течение неопределенно долгого времени, называется емкостью среды.

Пространственное размещение особей в популяции может быть случайным, равномерным и групповым. При равномерном распределении особи размещены через более или менее равные промежутки (например, деревья в зрелом сосновом лесу

При случайном распределении особи размещены неравномерно и встречи их друг с другом носят случайный характер. При групповом расселении особи встречаются группами (осоковые кочки на низинном болоте, группа вегетативно размножающихся растений, стада млекопитающих и колонии птиц). На больших географических пространствах особи одной и той же популяции в своем распределении могут образовывать комбинации из этих трех типов размещения.

Отношения между особями в популяции и между популяциями в биоценозе определяются внутривидовыми и межвидовыми факторами.

Биогеоценоз - участок земной поверхности с однородными природными явлениями (атмосфера, горная порода, растительность, животный мир, микроорганизмы, почва, гидрологические условия), которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Характерные особенности биоценоза. 1).тесное и непрерывное взаимодействие между организмами и биотопом данного биоценоза; 2).сложность биотических связей между компонентами; 3).сложившийся, устойчивый характер связей; 4).групповое взаимоприспособление организмов; 5).наличие локального биологического круговорота; 6).взаимная необходимость одного компонента для другого, взаимодействие компонентов. Например, рост растений зависит от свойств почв, растения в свою очередь формируют гумус, растения поглощают минеральные вещества из почвы, возвращая их в виде опада, регулируют водный режим почвы, осуществляя связь различными её горизонтами и т.д.

Экосистема (экологическая система) - основная функциональная единица экологии, представляющая собой единство живых организмов и среды их обитания, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ. Это фундаментальная общность живого и среды его обитания.

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)

Биосфера (от греч. Bios - жизнь + sphaira - шар) - оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой определяются совокупной деятельностью живых организмов.

Особенности биосферы:

способность быстро наращивать массу вещества;

интенсивно размножаться и осваивать всё живое пространство;

движение под действием сил гравитации;

активное движение;

устойчивость, в течение жизни, и быстрое разложение;

способность адаптации к любым условиям;

чрезвычайно высокая скорость реакции.

7. Абиотические и биотические факторы

Абиотические факторы:

К абиотическим факторам относятся космические, планетарные, климатические и почвенные. Космические и планетарные Космос факторы - это солнечное излучение и основные параметры Земли как небесного тела: форма, вращение, наклон земной оси.Солнечное излучение состоит в основном из электромагнитного (светового) и теплового излучений, благодаря которым возникла и развивается жизнь на Земле. Вращение Земли вокруг Солнца и своей оси обеспечивает смену времен года, дня и ночи. Наклон земной оси и форма нашей планеты влияют на распределение тепла по поверхности Земного шара.

Космические планетарные факторы обусловили образования широтных географических поясов (экваториальный, тропический, умеренный и полярный).

К климатическим факторам относятся: температура, свет, влажность воздуха, атмосферное давление, осадки, ветер.

Температура

Различают организмы с непостоянной температурой тела и организмы с постоянной температурой тела. Температура тела у первых зависит от температуры окружающей среды. Ее повышение вызывает у них интенсификацию жизненных процессов и ускорение (в известных пределах) развития. Это рыбы, амфибии и рептилии. В значительно меньшей степени зависят от температурных условий среды животные с постоянной температурой тела - птицы и млекопитающие.

Свет

Свет в форме солнечной радиации Свет обеспечивает все жизненные процессы на Земле. Ультрафиолетовые лучи с длиной волны длиной более 0,3мкм составляют 10% лучистой энергии, достигающей земной поверхности. В небольших дозах они необходимы животным и человеку. Под их воздействием в организме образуется витамин D. Наибольшее влияние на организм оказывает видимый свет с длиной волны 0,4-0,75 мкм, чья энергия составляет около 45% общего количества лучистой энергии, падающей на Землю. Синий(0,4-0,5мкм) и красный(0,6-0,7мкм) свет особенно сильно поглощается хлорофиллом.

Инфракрасное излучение составляет 45% от общего количества лучистой энергии падающей на Землю. Инфракрасные лучи повышают температуру тканей растений и животных, хорошо поглощаются объектами неживой природы, в том числе водой.

Влажность

В природе, как правило, существуют cуточные колебания и влажности воздуха, которые на ряду со светом и температурой регулируют активность организмов. Влажность как экологический фактор важна и тем, что изменяет реакцию организма на температурные колебания. Температура сильнее влияет на организм, если влажность очень высока млм низка. Точно так же роль влажности повышается, если температура близка к пределам выносливости данного вида.

Биотические факторы

Биотическая среда - часть экосистемы, которая состоит из групп организмов, отличающихся друг от друга по способу питания: продуценты, консументы, дедритофаги и редуценты.

Продуценты (producentis - производящий) с помощью фотосинтеза 2 создают органическое вещество и выделяют в атмосферу кислород. К ним относятся зеленые растения(трава, деревья), синезеленые водоросли и фотосинтезирующие бактерии.

Консументы (consumo - потребляю) питаются продуцентами или другими консументами. К ним относятся звери, птицы, рыбы и насекомые.

Детритофаги ( detritus - истертый, phagos - пожиратель) питаются отмершими растительными остатками и трупами животных организмов. К ним относятся дождевые черви, крабы, муравьи, жуки-навозники, крысы, шакалы, грифы, вороны и др.

Редуценты (reducentis - возвращающий) - разрушители (деструкторы) органического вещества. К ним относятся бактерии и грибы, которые в отличие от детритофагов разрушают мертвое органическое вещество до минеральных соединений. Эти соединения возвращаются в почву и снова используются растениями для питания.

Но главными биотическими факторами являются все же не организмы, а взаимоотношения между ними.

8. Причины, обуславливающие экологический кризис. Основные тенденции современного экологического кризиса. Понятие об экологическом кризисе

Еще ранние христиане предсказывали конец света, конец цивилизации, гибель человечества. Окружающий мир обойдется и без человека, а вот человек без природной среды существовать не сможет.

На переломе XX-XXI вв. перед цивилизацией встала реальная угроза глобального экологического кризиса.

Под экологическим кризисом понимается прежде всего груз разнообразных экологических проблем, который навис в настоящее время над человечеством.

Вмешательство в природный цикл началось человеком в тот момент, когда он впервые бросил в землю зерно. Так началась эпоха завоевания человеком своей планеты.

Но что побудило первобытного человека заняться земледелием, а затем и скотоводством? Прежде всего то, что на заре своего развития жители Северного полушария уничтожили почти всех копытных животных, используя их в качестве пищи (один из примеров -- мамонты в Сибири). Недостаток пищевых ресурсов привел к тому, что большинство особей тогдашней человеческой популяции вымерли. Это был один из первых природных кризисов, обрушившихся на людей. Следует подчеркнуть, что истребление тех или иных крупных млекопитающих могло быть не поголовным. Резкое снижение численности в результате охоты ведет к расчленению ареала вида на отдельные островки. Судьба малых изолированных популяций плачевна: если вид не в состоянии быстро восстановить целостность ареала, происходит неизбежное его вымирание из-за эпизоотий или нехватки особей одного пола при переизбытке другого.

Первые кризисы (не только недостаток пищи) заставили наших предков искать пути сохранения численности своей популяции. Постепенно человек стал на путь прогресса (а как же иначе?). Началась эпоха великого противостояния человека и природы.

Человек все больше и больше отдалялся от естественного природного цикла, в основе которого лежит замещенность природных частей и безотходность природных процессов.

Со временем противостояние оказалось настолько серьезным, что возврат к естественной природной среде для человека стал уже невозможен.

Во второй половине XX в. человечество оказалось перед лицом экологического кризиса.

Теоретик современной экологии Н.Ф. Реймерс определил экологический кризис как напряженное состояние взаимоотношений между человечеством и природой, характеризующееся несоответствием развития производительных сил и производственных отношений в человеческом обществе ресурсно-экологическим возможностям биосферы. Одна из характеристик экологического кризиса -- увеличение влияния измененной людьми природы на общественное развитие. В отличие от катастрофы кризис -- обратимое состояние, в котором человек выступает активно действующей стороной.

Другими словами, экологический кризис -- нарушение равновесия между природными условиями и воздействием человека на окружающую природную среду.

Иногда под экологическим кризисом подразумевается ситуация, возникшая в природных экосистемах под воздействием стихийных естественных явлений (наводнение, извержение вулканов, засуха, ураган и др.) или в результате антропогенных факторов (загрязнение окружающей среды, вырубка лесов).

Причины и основные тенденции экологического кризиса

Использование термина «экологический кризис» для обозначения экологических проблем учитывает тот факт, что человек является частью экосистемы, которая видоизменяется в результате его деятельности (прежде всего производственной). Природные и общественные явления представляют собой единое целое, и их взаимодействие выражается в разрушении экосистемы.

Сейчас уже очевидно для всех, что экологический кризис -- понятие глобальное и общечеловеческое, касающееся каждого из живущих на Земле людей.

Что конкретно может указывать на приближающуюся экологическую катастрофу?

Вот далеко не полный список негативных явлений, свидетельствующих об общем неблагополучии:

глобальное потепление, парниковый эффект, сдвиг климатических зон;

озоновые дыры, разрушение озонового экрана;

сокращение биологического разнообразия на планете;

глобальное загрязнение окружающей среды;

неутилизируемые радиоактивные отходы;

водная и ветровая эрозия и сокращение площадей плодородных почв;

демографический взрыв, урбанизация;

истощение невозобновляемых минеральных ресурсов;

энергетический кризис;

резкий рост числа ранее неизвестных и зачастую неизлечимых болезней;

недостаток продуктов питания, перманентное состояние голода большей части населения планеты;

истощение и загрязнение ресурсов Мирового океана.

Общая экономическая нагрузка на экологические системы

зависит от трех факторов: численности населения, среднего уровня потребления и широкого применения различных технологий. Снизить степень ущерба, наносимого окружающей среде обществом потребителей, можно, изменив сельскохозяйственные модели, транспортные системы, методы городского планирования, интенсивность потребления энергоресурсов, пересмотрев промышленные технологии и т.п. К тому же при изменении технологий может быть снижен уровень материальных запросов. И это постепенно происходит вследствие удорожания жизни, что напрямую связано с экологическими проблемами.

Отдельно следует отметить кризисные явления, происходящие в результате участившихся в последнее время локальных военных действий. Примером экологической катастрофы, вызванной межгосударственным конфликтом, стали события, которые происходили на территории Кувейта и близлежащих стран на побережье Персидского залива после операции «Буря в пустыне» в начале 1991 г. Отступая из Кувейта, иракские оккупанты подорвали свыше 500 нефтяных буровых скважин. Значительная их часть горела на протяжении шести месяцев, отравляя вредными газами и сажей большую территорию. Из буровых скважин, которые не воспламенились, нефть била фонтаном, образовывая большие озера, и стекала в Персидский залив. Сюда же вылилось большое количество нефти из подорванных терминалов и танкеров. В результате нефтью было покрыто около 1554 км2 поверхности моря, 450 км береговой полосы. Погибло большинство птиц, морских черепах, дюгоней и других животных. В огненных факелах ежесуточно сгорало 7,3 млн л нефти, что равно объему нефти, ежедневно импортируемому США. Тучи сажи от пожаров поднимались на высоту до 3 км и разносились ветрами далеко за границы Кувейта: черные дожди выпадали в Саудовской Аравии и Иране, черный снег -- в Индии (за 2000 км от Кувейта). Загрязнение нефтяной сажей воздуха сказалось на здоровье людей, так как сажа содержит много канцерогенов.

Эксперты установили, что эта катастрофа вызвала следующие негативные последствия:

Тепловое загрязнение (86 млн кВг/сут). Для сравнения: такое же количество тепла выделяется вследствие лесного пожара на площади 200 га.

Ежесуточно от горящей нефти образовывалось 12 000 т сажи.

Ежесуточно образовывалось 1,9 млн т углекислого газа. Это составляет 2 % всего С02, который выделяется в атмосферу Земли вследствие сжигания минерального топлива всеми странами мира.

Выбросы в атмосферу S02 составляли 20 000 т ежесуточно. Это 57 % всего количества S02, ежесуточно поступающего из топок всех ТЭЦ США.

Суть экологической угрозы заключается в том, что всевозрастающее давление на биосферу антропогенных факторов может привести к полному разрыву естественных циклов воспроизводства биологических ресурсов, самоочищения почвы, вод, атмосферы. Это вызовет резкое и стремительное ухудшение экологической обстановки, что может повлечь за собой гибель населения планеты. Уже сейчас экологи предупреждают о нарастании парникового эффекта, расползании озоновых дыр, выпадении все большего количества кислотных осадков и т.д. Перечисленные отрицательные тенденции в развитии биосферы постепенно приобретают глобальный характер и представляют угрозу для будущего человечества.



9. Рост народонаселения и урбанизация

Урбанизация -- это социально-экономический процесс, выражающийся в росте городских поселений, концентрации населения в них, особенно в больших городах, в распространении городского образа жизни на всю сеть поселений.

Отрицательные стороны урбанизации

В последние годы отмечается резкий рост урбанизации населения. Урбанизация сопровождается ростом крупных городов-миллионеров, загрязнением окружающей среды около промышленных центров, ухудшением условий жизни в регионах. Атмосферный воздух в городах содержит значительно большие концентрации токсических примесей по сравнению с сельской местоностью. Из-за того что из сельской местности многие уезжали в города сельское хозяйство не могло удовлетворить возросшие потребности населения. В целях повышения урожайности почв начали использоваться искуственные удобрения. При использовании нетрадиционных удобрений почва перенасыщалась соединениями тяжелых металлов. Освоение ядерной технологии, создание ядерного оружения сделали человека способным оказывать разрушительное воздействие на экосистему (трагедия в Чернобыле).

Двадцатое столетие ознаменовалось потерей устойчивости в процессах роста населения Земли и его урбанизации. Это вызвало крупномасштабное развитие энергетики, промышленности и сельского хозяйства, транспорта, обусловило значительный рост антропогенного и техногенного воздействий. В результате активной техногенной деятельности человека во многих регионах нашей планеты разрушена биосфера и создан новый тип среды обитания -- техносфера.

В современном мире можно зафиксировать стремительный рост народонаселения. Это обстоятельство оказывает возрастающее влияние, на жизнь отдельных государств, а также на международные отношения в целом. Народонаселение - одна из важнейших проблем современности, связанная с лавинообразным увеличением человечества.

Быстрый рост населения сопровождается многими проблемами, одной из которых является изменение возрастной структуры: «доля детей до 15 лет на протяжении последних трёх десятилетий увеличилась в большинстве развивающихся стран до 40-50% их населения». Результатом стала превышающая экономическая нагрузка нетрудоспособного населения на трудоспособное.

10. Определение биоценоза или сообщества

Живые организмы встречаются на Земле не в любых случайных сочетаниях, как независимые особи, а в определенной взаимозависимости. Они образуют в природе закономерные комплексы. Впервые на возможность выделения таких комплексов обратил внимание немецкий биолог Карл Август М?биус. В конце 70-х годов XIX века он изучал скопления устриц в их местообитаниях - так называемых устричных банках. В отличие от многих естествоиспытателей своего времени, М?биуса интересовали не только устрицы сами по себе, но и условия их жизни. Такой комплексный метод исследования в биологии до него еще не применялся. Измеряя и исследуя различные факторы среды, М?биус пришел к выводу, что для каждой такой устричной банки они строго специфичны. Мало того, вместе с устрицами здесь встречались и такие разнообразные животные как морские звезды, иглокожие, мшанки, черви, асцидии, губки и другие. Ученый сделал вывод, что все эти животные не случайно живут совместно, в одном местообитании. Они нуждаются в тех же условиях, что и многочисленные устрицы. Таким образом, такие группировки появляются благодаря сходным требованиям к факторам окружающей среды. Комплексы живых организмов, постоянно встречающихся вместе в различных пунктах одного и того же водного бассейна при наличии одинаковых условий существования, М?биус назвал биоценозами. Термин биоценоз был впервые введен им в научную литературу в 1877 г.

Биоценоз (от греч. bios - жизнь и koinos -совместно, вместе, сообща) - это исторически сложившиеся группировки растений, животных и микроорганизмов, населяющие относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема).

В состав биоценозов входят фитоценозы (сообщества растений), зооценозы (сообщества животных) и микробоценозы (сообщества микроорганизмов). Каждый биоценоз развивается в пределах определенного однородного пространства, которое характеризуется определенным сочетанием абиотических факторов. К ним могут относиться количество приходящей солнечной радиации, температура, влажность, химический и механический состав почвы, ее кислотность, рельеф местности и др. Такое однородное пространство, часть абиотической среды, занимаемое биоценозом, называется биотоп. Это может быть какой-либо участок суши или водоема, берег моря или склон горы.

Биотоп - это неорганическая среда, которая является необходимым условием существования биоценоза. Между биоценозом и биотопом существует тесное взаимодействие. В конкретный биоценоз включаются не только организмы, постоянно обитающие на определенной территории, но и те, которые оказывают существенное воздействие на его жизнь. Многие насекомые, к примеру, размножаются в водоемах, где служат важным источником питания рыб и некоторых других животных. В молодом возрасте они входят в состав водного биоценоза, а во взрослом состоянии ведут наземный образ жизни, т.е. выступают как элементы сухопутных биоценозов. Зайцы могут питаться на лугу, а обитать в лесу. То же касается и многих видов лесных птиц, которые ищут себе пропитание не только в лесу, а и на прилегающих лугах или болотах. Каждый биоценоз можно описать, основываясь на совокупности составляющих его видов. Степень насыщенности видами в различных биоценозах разная.

11. Понятие экосистемы. Структура природных экосистем

Термин «экосистема» был предложен в 1935 г. английским ботаником Артуром Тенсли. Тенсли считал, что экосистемы представляют собой основные природные единицы на поверхности земли. Это не только комплекс живых организмов, но и все сочетание физических факторов. Всюду, где мы наблюдаем отчетливое единство растений, животных и микроорганизмов, объединенных отдельным участком окружающей среды, мы имеем пример экосистемы.

Экосистема (экологическая система) - основная функциональная единица экологии, представляющая собой единство живых организмов и среды их обитания, организованное потоками энергии и биологическим круговоротом веществ.

Экосистемы состоят из биотического и абиотического компонентов. Биотический компонент подразделяется на автотрофные и гетеротрофные организмы.

Автотрофы- синтезируют органические вещества из неорганических за счет фотосинтеза (за исключением хемотрофных бактерий).

Гетеротрофы- используют химическую энергию, содержащуюся в потребляемой пище.

Абиотический (неживой) компонент включает физические и химические факторы окружающей среды.

Биотическая структура экосистем включает основные категории организмов, взаимодействующих друг с другом: продуценты, консументы, детритофаги и редуценты.

Продуценты - это в основном зеленые растения, осуществляющие фотосинтез: используя световую энергию, продуцируют сложные органические соединения своего тела из простых неорганических. При этом энергия света накапливается в органических соединениях, из которых построены ткани растений.

Консументы - самые разнообразные организмы от микроскопических бактерий до громадных синих китов. Это все животные и другие организмы, которые питаются органическим веществом, используя его как источник энергии и материал для построения своего тела.

Животных, питающихся непосредственно продуцентами называют первичными консументами. Их самих употребляют в пищу вторичные консументы. Первичные консументы, питающиеся только растениями, называются растительноядными (фитофаги), консументы второго и более высоких порядков - плотоядными. Виды, употребляющие в пищу как растения, так и животных, относят к всеядным.

Если одно животное охотится на другое, убивает его и съедает, первое называют хищником, а второе - жертвой, а взаимоотношения называют хищник - жертва. Паразиты -- организмы, которые тесно связаны со своими «жертвами» и питаются ими в течение длительного времени, причиняя им вред. Растение или животное в роли жертвы называют хозяином, а взаимоотношения называют паразит - хозяин.

Детрит - мертвые растительные и животные остатки, а организмы, питающиеся им - детритофаги: грифы, земляные черви, раки, термиты, муравьи и т. д. Детритофагами могут питаться более крупные организмы.

Редуценты - грибы и бактерии. В любой системе детритофаги и редуценты играют одну и ту же роль - они питаются мертвым органическим веществом и при этом разлагают его.

Итак, во всякой экосистеме можно выделить следующие компоненты: неорганические вещества (углерод, азот, углекислый газ, вода и т. д.), вступающие в круговороты; органические соединения (белки, углеводы, липиды и т. д.), связывающие биотическую и абиотическую части; климатический режим (температура и другие физические факторы); продуценты; консументы; редуценты.

Таким образом, структуру экосистемы образуют три уровня (продуценты, консументы, редуценты) трансформации энергии и два круговорота: твердых и газообразных веществ.

12. Агроэкосистемы и их особенности. Стабильность и нестабильность экосистем

В биосфере помимо естественных биогеоценозов и экосистем существуют сообщества, искусственно созданные хозяйственной деятельностью человека, -- агроэкосистемы (агроценоз, агробиоценоз, сельскохозяйственная экосистема).

Агроэкосистема (от греч. agros -- поле) -- биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользо- вания.

К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими искусственными пастбищами. Характерная особенность агроэкосистем -- малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного (нескольких) видов или сортов культивируемых растений или животных.

Агроэкосистемы отличаются от естественных экосистем рядом особенностей.

...