Экология как биологическая наука и теоретическая база природопользования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Экология как биологическая наука и теоретическая база природопользования

1. Экология как биологическая наука и теоретическая база природопользования

экология растениеводческий биогеоценоз

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.

Итак Экология - это наука, изучающая закономерности взаимодействия организмов и среды их обитания, законы развития и существования биогеоценозов как комплексов взаимодействующих живых и неживых компонентов в различных участках биосферы.

Слово «экология» впервые употребил немецкий биолог Эрнст Геккель, обозначив им биологическую науку, изучающую взаимоотношения организмов с окружающей средой. В настоящее время это понятие стало употребляемым и привычным во всем мире, породило «экологизацию» современных научных дисциплин, определило способ мышления и поведения для наиболее образованной и прогрессивной части человечества.

Экология - это развивающаяся наука. Однако проникновение экологических идей практически во все разделы биологии зачастую ставит под сомнение самостоятельность экологии как науки. Вместе с тем существует немало классификаций биологических наук. Каждая из них, хотя и не охватывает все биологические науки (табл. 1.1), дает возможность определить место экологии среди других дисциплин (рис. 1.2).

Таблица 1.1. Классификация биологических наук (по Б.Г. Иоганзену, 1959)

Положение экологии среди других биологических наук (no H. П. Наумову, 1963)

Общие биологические науки изучают весь органический мир в строго определенном направлении, какую-то одну сторону его жизненных явлений, т.е. «немного обо всем». Каждая из этих наук может, в свою очередь, подразделяться на части, например систематика - на систематику злаков, систематику животных и т.д. Частные науки изучают конкретные объекты органического мира всесторонне, т.е. «все об одном». Так, микробиология изучает систематику, морфологию, физиологию, экологию микроорганизмов. При этом частные науки, в свою очередь, могут быть расчленены: зоология, например, подразделяется на протозоологию, гельминтологию, орнитологию, энтомологию и т.д. В основе комплексных наук лежит изучение условий жизни организмов. В них значительно шире и глубже развиваются экологические идеи, доминирует экологический подход при изучении конкретных явлений. Так, гидробиология изучает систематику, морфологию (общие науки) животных, растений, микроорганизмов (частные науки), обитающих только в водной среде.

Экология как общая биологическая наука также может быть расчленена на составные части: экологию растений, экологию насекомых, экологию лесных пород и т.д. Однако если для других наук индивидуум является наикрупнейшей единицей, то для экологии он - мельчайшая единица исследований.

В настоящее время экология распалась на ряд научных отраслей и дисциплин, подчас далеких от первоначального понимания ее как биологической науки (биоэкологии) об отношениях живых организмов с окружающей их средой. Экологию по размерам объектов изучения делят на аутэкологию (особи, организм и его среда), демэкологию, или популяционную экологию (популяция и ее среда), синэкологию (биотическое сообщество, экосистема и их среда), географическую, или ландшафтную, экологию (крупные геосистемы, географические процессы с участием живого и их среды) и глобальную экологию (ме-гаэкология, учение о биосфере Земли).

По отношению к предметам изучения экологию подразделяют на экологию микроорганизмов (прокариот), грибов, растений, животных, человека, сельскохозяйственную, промышленную (инженерную), общую экологию.

По средам и компонентам различают экологию суши, пресных водоемов, морскую. Крайнего Севера, высокогорий, химическую (геохимическую, биохимическую). По подходам к предмету выделяют аналитическую и динамическую экологии.

С точки фактора времени рассматривают историческую и эволюционную экологии (в том числе археологию). В системе экологии человека выделяют социальную экологию (взаимоотношение социальных групп общества с их средой жизни), отличающуюся от экологии индивида и экологии человеческих популяций по функционально-пространственному уровню, равную синэкологии, но имеющую ту особенность, что сообщества людей в связи с их средой имеют доминанту социальной организации (социальную экологию рассматривают для уровней от элементарных социальных групп до человечества в целом).

В настоящее время, в век научно-технического прогресса, когда у человека появляются неограниченные возможности воздействия на природу, экология приобретает особенно важное значение. Достижения её успешно применяются в сельском и охотничье-промысловом хозяйствах, медицине, ветеринарии, при проведении мероприятий по охране природы, рациональном использовании её ресурсов.

Природа обеспечивает для человека условия, без которых он не может существовать. А именно: озоновый слой защищает нас от ультрафиолетовых лучей, а эти лучи вредны также и для животных, и для растений. Экосистемы превращают отходы в ресурсы, снижают уровень СО2 в атмосфере, очищают воздух, которым мы дышим, и воду, которую мы пьем.

Биологическое разнообразие обеспечивает пищей как человека, так и животный мир. Но мы со своими потребностями, порой необоснованными, истощаем эти природные ресурсы, уменьшаем, а кое-где уже и заблокировали естественные способности природы.

Академик В.И. Вернадский в своих трудах определил роль человека в развитии производственной деятельности. Он указал, что именно к человеку переходит роль основного «геологического фактора» всех происходящих на поверхности планеты изменений. Сегодня мы наблюдаем эти изменения уже как явления глобального характера. И задача сегодняшнего дня состоит в том, чтобы эти изменения природной среды не приносили вреда самому человеку и другим формам жизни, а также приняли разумную направленность для поддержания в биосфере свойств, пригодных для жизни.

Теоретической базой рационального природопользования являются многие науки (ландшафтоведение, физическая география, почвоведение, экономика, экология), но наиболее важной из них является экология. Эта наука в комплексе с другими науками может показать правильные направления действий с различными природными ресурсами. Вместе с тем, экологизация технологических процессов, приближение их к природным процессам, позволит не только рационально, но и нравственно использовать природные ресурсы [2].

2. Экосистемы и биогеоценозы

Экосистема - основное понятие экологии. Термин был предложен в 1935 году английским экологом А. Тенсли. Экосистемы - это любая совокупность взаимодействующих организмов и условий среды. Между экосистемами, как и между биогеоценозами, нет четких границ, одна экосистема постепенно переходит в другую. Рассмотрим пример саморегулирующейся системы, которая является частью другой, более крупной экосистемы. Муравейник в лесу - это организованный коллектив, где распределены обязанности и все функции четко увязаны со средой: одни (строители) - добывают стройматериалы из лесного опада, другие «доят» тлей, добывая нектар для малышей (пример взаимопомощи и взаимозависимости), третьи следят за личинками, не выходя за пределы муравейника. Информация о любых изменениях в окружающей среде сразу же становится известна всей семье, и немедленно принимаются меры для сохранения устойчивости этой системы.

Саморегуляция любой экосистемы проявляется в том, что численность особей каждого вида поддерживается на определенном, относительно постоянном уровне. Экосистема муравейника входит в состав лесного биогеоценоза (экосистемы лиственного или хвойного леса). Экосистема леса, если он расположен на берегу озера или вблизи реки, входит в состав водосборного бассейна, который представляет собой часть географического ландшафта. Географический ландшафт - это часть биосферы. Таким образом, все экосистемы земного шара связаны между собой через атмосферу и Мировой океан, поскольку через них происходит постоянный круговорот энергии, продуктов жизнедеятельности, и составляют единое целое - биосферу. Масштабы биогеоценотических группировок (экосистем) различны - от сообществ подушек лишайников на стволах деревьев или разлагающегося пня (это микросообщества), до населения целых ландшафтов: лесов, степей, пустынь и т.п. Но для всех форм сообществ, больших и малых, характерны общие законы функционирования и развития.

1. Сообщества всегда состоят из готовых частей (представителей отдельных видов или комплексов взаимозависимых видов). Например: а) луг: птицы растения насекомые насекомоядные животные б) водоем: Птицы (чайки) водоросли ракообразные Хищные рыбы (щука, жерех) Мелкая рыба (плотва, уклейка) Водоплавающие животные (бобры, выдры, ондатры).

2. Части сообщества могут быть заменяемы. Один вид (или комплекс видов) может вытеснить другой со сходными требованиями к условиям обитания и занять его место. Например, одни виды злаков на лугу или в степи легко мо - гут быть заменены другими: ковыль заменяется типчаком и т.п.

3. Интересы многих видов в биоценозе прямо противоположны. Тем не менее виды-антагонисты существуют в рамках единого сообщества, например, хищник - жертва.

4. Сообщества основаны на количественной регуляции численности од - них видов другими. Например, численность травоядных зависит, с одной стороны, от количества растительной пищи, а с другой - от количества хищников.

5. Предельные размеры системы ограничиваются не внутренней наследственной программой, а внешними причинами. Так, биоценоз сосняка может занимать небольшой участок среди болот или простираться на огромной территории, если внешние условия однородны.

Биоценозы могут быть бедны или богаты видами. Видовая структура биоценоза - это разнообразие видов в нем и соотношение их численности или массы. Так, в полярных арктических пустынях и северных тундрах при крайнем дефиците тепла, в безводных жарких пустынях, в загрязненных сточными водами водоемах сообщества сильно обеднены видами, так как один или несколько факторов среды сильно отклоняются от оптимального уровня. Здесь выживают виды с широкими пределами выносливости. И, наоборот, везде, где условия абиотической среды приближаются к оптимальным, возникают сообщества, чрезвычайно богатые видами. Примеры таких сообществ - тропические леса, коралловые рифы с их многообразным населением, долины рек в жарких районах и т.д. При совместном произрастании растения, разные по высоте, занимают четко определенный ярус. Ярусность позволяет множеству растений существовать на одной территории и максимально использовать световые ресурсы среды. Какие же компоненты входят в каждую экосистему? Во-первых, живые организмы (их называют еще биотой). Во-вторых, неживые (абиотические) факторы: атмосфера, вода, питательные элементы, свет и др. В-третьих, мертвое органическое вещество, содержащееся в почве, детрит.

Все живые организмы экосистемы взаимодействуют между собой, обмениваясь веществом и энергией. Без постоянного поступления свободной энергии извне ни одна живая система не может существовать в течение сколько-нибудь продолжительного времени. По способу питания и запасания энергии все организмы делятся на автотрофов (от греческих аутос - сам, трофа - питание), гетеротрофов (гетерос - другой) и миксотрофов (микс - смесь).

3. Главный ресурс агроэкосистемы - почва. Ее плодородие зависит от запаса органического вещества - гумуса, содержания доступных растениям питательных элементов, структуры, обеспеченности влагой, реакции почвенного раствора, содержания в нем ионов токсичных солей.

Гумус - кладовая плодородия. Он образуется микроорганизмами-гумификаторами из остатков растений и животных. Запас гумуса зависит от мощности гумусового слоя и от процентного содержания гумуса в нем. Мощность гумусового слоя у черноземных почв может достигать 1 м, а у лесных почв (подзолистых, серых) она составляет 10-30 см. Содержание гумуса в этом слое у черноземов 6-10%, у лесных почв - 2-4%. Другая группа микроорганизмов высвобождает из гумуса в почвенный раствор питательные элементы. Среди них различают дакроэледентм (азот, фосфор, кадий), которые требуются растениям в большом количестве, и микроэлементы (марганец, бор, медь, цинк и др.), которых растениям нужно немного. Все питательные элементы поглощаются из почвенного раствора корнями растений и выносятся из почвы с урожаем. Поэтому, если в почву не вносить удобрений (навоз, минеральные удобрения), то запасы элементов питания в ней иссякнут.

На плодородие почвы влияет ее обеспеченность влагой. Урожай снижается при недостатке влаги, что бывает в засушливые годы. Особенно часты засухи в южных степных районах. В этих районах плодородие снижается и в результате засоления почв. В почвенном растворе содержатся воднорастворимые соли (хлориды, сульфаты, сода), препятствующие росту сельскохозяйственных растений. В Европейском Нечерноземье плодородие почв снижается из-за кислой реакции почвенного раствора, что затрудняет поглощение корнями элементов питания.

При рациональном природопользовании для сохранения плодородия почв используются следующие приемы:

Борьба с эрозией - смывом или сдуванием поверхностного наиболее плодородного слоя почвы. Для этого земли на склонах засевают многолетними травами, которые образуют дернину, защищающую поверхность почвы от разрушения водой и ветром. Применяют специальные приемы обработки почвы, сохраняющие на ее поверхности часть жнивья (того, что остается на поле после скашивания однолетних культур). На склонах обработку почвы ведут поперек склона, и каждая бороздка становится маленькой плотиной, препятствующей отеканию воды со взвешенными в ней почвенными частицами. Для предотвращения ветровой эрозии используют кулисы - полосы из высокорослых растений (подсолнечник, кукуруза), которые сохраняют на поде после уборки урожая. Кулисы располагаются поперек направления господствующих ветров. Особый вид эрозии - образование оврагов. Для предотвращения или остановки этого процесса проводят специальные посадки леса.

Применение органоминеральных удобрений. При внесении только минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, активизируются микроорганизмы, разрушающие гумус, а деятельность микроорганизмов - гумификаторов подавляется. В результате запас плодородия в почве снижается. Если минеральные удобрения вносятся невысокими дозами одновременно с органическими удобрениями (в первую очередь - с навозом), этого не происходит. Гумус не разрушается, а питательные вещества удобрений поступают в почвенный раствор и повышают урожай.

Размещено на Allbest.ru