§ 3 Предмет, методы, задачи и средства экологии 4׳5

Предметом изучения экологии являются следующие уровни организации живого мира: организменный, популяционный, экосистемный и биосферный.

Методическую основу современной экологии составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования. Все методы используе­мые в экологии можно разделить на несколько групп:

1. Методы регистрации и оценки состояния среды

2. Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продук­тивности

3. Исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов

4. Методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сооб­ществах

5. Кибернетические исследования и методы математического моделирования

6. Методы прикладной экологии

Важными средствами современной экологии являются:

• создание геоинформационных систем (ГИС-технологий) и банков экологиче­ской информации;

• комплексный эколого-экономический анализ состояния территорий;

• методы инженерно-экологических изысканий;

• методы экологически ориентированного проектирования хозяйственных и граж­данских объектов;

• технологические методы снижения отходности, побочных эмиссии и коэффициен­тов вредного действия производственных комплексов, процессов, устройств и изделий;

• методы оценки влияния техногенных загрязнений и деградации окружающей среды на здоровье людей и состояние природных систем;

• методы контроля экологической регламентации хозяйственной деятельности: эко­логический мониторинг; экологическая аттестация и паспортизация; эколо­гическая экспертиза.

Основные задачи экологии могут быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биоценозах и экосистемах. Главная теоретическая и практическая задача эко­логии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.

§ 4 Основные понятия и законы экологии6

Как и в любой науке в экологии есть ряд понятий и законов, которые являются основополагающими и без которых изучение экологии становится бессмысленной. Среди них понятия: популяция, биоценоз, биогеоценоз, экосистема, биосфера, ноосфера, фактор среды, адаптация.

Популяция (В. Иогансен, 1903) – любая, способная к самовоспроизведению сово­купность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей.

Биоценоз (К. Мебиус, 1877) – надорганизменная система, состоящая из трех ком­понентов: растительности (фитоценоза), животных (зооценоза), микроорганизмов (микро­боценоза).

Биогеоценоз (В.Н. Сукачев, 1942) - система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах определенной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии.

Экосистема (А. Тенсли, 1935) - это любая совокупность организмов и неорганиче­ских компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ.

Биосфера (Э. Зюсс, 1875) - оболочка Земли, заселённая живыми организмами, на­ходящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности.

Ноосфера (Э. Леруа, 1927) - сфера взаимодействия общества и природы, в грани­цах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития.

Экология, как и любая другая наука, состоит из ряда законов и правил. Одними из основных законов в экологии являются экологические законы Коммонера, сформулиро­ванные американским ученым Б. Коммонером в 1970.

1. Всё связано со всем.

2. За всё надо платить (или ничто не дается даром).

3. Всё должно куда-то деваться.

4. Природа знает лучше.

Кроме того существует ряд взаимосвязанных законов и правил. Например, первый и второй экологические законы жизни.

Согласно первому экологическому закону жизни (К.Ф.Рулье), результаты разви­тия (изменений) любого объекта (организма) определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится.

Эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выра­жающееся в изменении внешних и внутренних особенностей называется адаптацией.

Правило соответствия: до тех пор, пока среда, окружающая определенный вид организмов, соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям, этот вид может существовать.

На предел воздействия организмов на среду обитания указывает другой экологи­ческий закон жизни (Куражковский Ю.Н.): каждый вид организмов, потребляя из окру­жающей среды необходимые ему вещества и выделяя в нее продукты своей жизнедея­тельности, изменяет ее таким образом, что среда обитания становится непригодной для его существования.

Если рассматривать влияние окружающей среды на живые организмы, то здесь можно выделить несколько важных законов.

1. Закон минимума Либиха (1840): веществом, находящимся в минимуме, управ­ляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени.

2. Закон компенсации факторов Э. Рюбеля (1930): отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов может быть компенсировано другим близким (анало­гичным) фактором.

3. Закон незаменимости фундаментальных факторов В.Р. Вильямса (1949): полное отсутствие в среде фундаментальных экологических факторов (света, воды, биоге­нов) не может быть заменено другими факторами.

4. Закон толерантности Шелфорда (1913): отсутствие или невозможность разви­тия организма (экосистемы) определяется не только недостатком, но и избытком любого из факторов (тепла, света, воды)

Существует также группа законов, описывающих адаптации живых организмов к экологическим факторам окружающей среды.

1. Правило Аллена (1877): выступающие части тела теплокровных животных (ко­нечности, хвост, уши и др.) тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат.

2. Правило Бергмана (1847): в пределах вида или достаточно однородной группы близких видов теплокровные животные с более крупными размерами тела встречаются в более холодных областях.

3. Правило Глогера (1833): виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (чаще черную или темно-коричне­вую), чем обитатели теплых и сухих областей.

Кроме законов описывающих взаимоотношения между абиотической природой и живыми организмами существуют законы, в которых сформулированы основные прин­ципы взаимодействия между живыми организмами.

1. Принцип Олли (1937): для каждого вида животных существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции.

2. Принцип конкурентного исключения, правило Гаузе (1934): два вида живых существ не могут обитать в одном и том же месте, если их экологические потребности идентичны, т. е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу.

3. Закон Линдемана (1942):

С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой трофический уровень переходит не более 10% энергии.

4. Законы системы хищник– жертва» (В.Вольтерра, 1905):

- Закон периодического цикла. Процесс уничтожения жертвы хищником нередко приводит к периодическим колебаниям численности популяций обоих видов, зависящим только от скорости роста популяций хищника и жертвы и от исходного соотношения их численностей.

- Закон сохранения средних величин. Средняя численность популяции каждого вида постоянна, независимо от начального уровня, при условии, что специфические ско­рости увеличения численности популяций, а также эффективность хищничества посто­янны.

- Закон нарушения средних величин. При аналогичном нарушении популяций хищника и жертвы средняя численность популяции жертвы растет, а популяции хищника – падает.