ГОУ ВПО «Новосибирский государственный медицинский университет Росздрава»
Потеряева Е.Л., Коваленко А.В., Никифорова Н.Г.
Основы общей экологии
Учебное пособие
Рекомендовано Учебно-методическим объединением вузов России
Новосибирск - 2004
СОДЕРЖАНИЕ
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ………………………………………………………………………………………………………3
1.1. Биосфера………………………………………………………………………………………………………………3
1.2. Концепция экосистемы………………………………………………………………………………5
1.3. Структура экосистемы………………………………………………………………………………7
1.4. Энергия в экологических системах………………………………………………9
2. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛ…………………………………………………………………………………………12
2.1. Цикл углерода…………………………………………………………………………………………………13
2.2. Цикл азота…………………………………………………………………………………………………………14
2.3. Круговорот воды……………………………………………………………………………………………16
2.4 Цикл фосфора……………………………………………………………………………………………………17
3. АБИОТИЧЕСКИЕ И БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ………………………………………18
3.1. Организм и экологический фактор…………………………………………………18
3.2. Закон Либиха-Шелфорда……………………………………………………………………………19
3.3. Абиотические факторы………………………………………………………………………………21
3.4. Боитические факторы среды…………………………………………………………………32
3.5. Местообитание и экологическая ниша…………………………………………35
3.6. Формы межвидовых связей в экосистемах…………………………………36
3.7 Адаптация как фундаментальное свойство экосистемы……40
4. ЭВОЛЮЦИЯ ЭКОСИСТЕМ………………………………………………………………………………………………42
4.1. Экологические сукцессии………………………………………………………………………42
4.2.Первичные и вторичные сукцессии……………………………………………………43
4.3. Гомеостаз на уровне экосистем………………………………………………………45
5. СВОЙСТВА ПОПУЛЯЦИОННОЙ ГРУППЫ……………………………………………………………………46
5.1. Плотность популяции…………………………………………………………………………………47
5.2. Рождаемость………………………………………………………………………………………………………48
5.3. Смертность…………………………………………………………………………………………………………49
5.4. Возрастной состав популяции……………………………………………………………50
6. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИЙ…………………………………………………51
6.1 Типы пространственного распределения………………………………………52
6.2 Пространственная дифференциация……………………………………………………53
7. ФЛУКТУАЦИИ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИЙ……………………………………………………………53
8. ЧЕЛОВЕЧЕСКАЯ ПОПУЛЯЦИЯ………………………………………………………………………………………56
8.1 Введение и определения……………………………………………………………………………56
8.2. Регуляция численности населения…………………………………………………57
8.2.1. Древний мир…………………………………………………………………………………………………57
8.2.2. Страны Европы и США……………………………………………………………………………59
8.2.3. Развивающиеся страны…………………………………………………………………………62
8.2.4. Демографическая ситуация в России………………………………………65
Демографическая ситуация в Сибири……………………………………70
8.3. Емкость среды обитания……………………………………………………………………70
8.3.1 Пищевые ресурсы………………………………………………………………………………………71
8.3.2. Истощение ресурсов биосферы………………………………………………………73
9.ЭКОЛОГИЯ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА…………………………………………………………………………75
9.1. Повышение роли городов в развитии
общества – урбанизация………………………………………………………………………………………75
9.2. Влияние социальных условий урбанизированной
среды на здоровье человека……………………………………………………………………………78
10. ОХРАНА ПРИРОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ…………………………………………………………………………83
10.1. Правовая охрана природы и ее составных
компонентов…………………………………………………………………………………………………………………85
10.2. Экологические системы, подлежащие
правовой охране………………………………………………………………………………………………………86
10.3. Право гражданина РФ на благоприятную
окружающую природную среду…………………………………………………………………………87
10.4. Качество естественной окружающей среды……………………………88
10.5. Механизм охраны природной среды………………………………………………89
10.6. Вред окружающей природной среде………………………………………………91
10.7. Формы ответственности за причинение вреда……………………92
11. ПРИЛОЖЕНИЕ ТЕКСТЫ…………………………………………………………………………………………………93
ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ……………………………………………………………………………………………………97
ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………………………………………………………………………100
1. Основные понятия.
Любая биологическая система (организм, популяция, экосистема) зависит от среды обитания, так как постоянно обменивается с ней веществом, энергией, информацией. Поэтому происходящее сегодня глобальное ухудшение экологической ситуации на планете неизбежно порождает проблему сохранения жизни на Земле. Вот почему к середине XX века возникла объективная необходимость в создании науки, изучающей связи ЖИВОЕ - СРЕДА в широком смысле. Такая наука получила название - экология.
Термин "экология" - от греч. oikos-дом, жилище и logos-наука, то есть наука о среде обитания живых существ - предложен в 1866 году Эрнстом Геккелем. Слово "экология" имеет общий корень со словом экономика - от rpeч. Oikonomike - способ ведения домашнего хозяйства.
Свой вклад в развитие экологии внесли еще ученые древности – Аристотель, Гиппократ, Эпикур и др. Известен, например, постулат Эпикура, в котором говориться: «…нельзя насиловать Природу, следует повиноваться ей, необходимые желанья исполняя, а также естественные, если они не вредят. А вредные – сурово подавляя». (Интересно сравнить с известным у нас – через два тысячелетия – тезисом: «Нам нельзя ждать милостей от природы! Взять их у нее – наша задача!»)
Вопросам взаимоотношения человека и среды уделяли внимания известные всем: Леонардо да Винчи (вода – организм человека); М. Ломоносов (воздух – тело – человек). Но накопление экологических знаний шло в основном в сфере зоологии и анатомии. Качественный скачек, произошел в середине 19 века, когда экология оформилась как самостоятельное ответвление анатомии, зоологии, ботаники. По сути, это была биоэкология, основоположниками которой были Ч. Дарвин, Э. Геккель и профессор К. Рулье. Особую роль в развитие экологии внес В. Вернадский, который первым применил количественный анализ в экологии, раскрыл понятие о биосфере Земли в комплексе. И третий этап в развитии экологии – это период формирования глобальной экологии, которая учитывает влияние человеческой деятельности на все условия окружающей среды. Современная экология человека представляет собой междисциплинарную науку, использующую знания естественных наук, таких как химия, биология, физика и социальных - экономика, политика, этика, медицина. При этом все социальные, экономические и природные условия рассматриваются в экологии человека как одинаково важные составляющие среды, обеспечивающие различные стороны его жизнедеятельности.
В данной главе представлены материалы о действии фундаментальных законов общей экологии в биологических экосистемах и связь этих законов с человеком и человеческим обществом.
Биосфера.
Человек является частью живой природы и, как все живое на земле - растения, животные, микроорганизмы - обитает лишь в некотором ограниченном пространстве планеты Земля. Совокупности живых организмов сосредоточены в верхней части твердой поверхности земной коры (литосфере), в морях, реках, озерах и мировом океане (гидросфере), а также в нижних слоях газообразной оболочки земного шара – атмосферы. Вся сумма живых существ в совокупности со средой обитания, в том числе и человек, представляют собой биосферу.
Биосфера возникла 3,4-4,5 млрд, лет тому назад. Нижняя граница биосферы опускается на 2-3 км на суше и на 1-2 км ниже дна океана (рис. 1-1). Верхней границей биосферы служит так называемый защитный озоновый слой - экран на высоте 20-25 км, выше которого ультрафиолетовая часть солнечного спектра исключает существование жизни.
Рис. 1-1. Строение биосферы (Г.В. Стадницкий, А.И. Родионов,1966).
Понятие биосферы, как сферы обитания живых организмов было предложено австрийским ученым Э. Зюссом в 1875 г. Позднее выдающимся русским ученым-геохимиком В.И.Вернадским было создано учение о биосфере, согласно которому биосфера есть результат длительного процесса взаимодействия живой и неживой материи, который длится с момента возникновения жизни на Земле. Большинство планетарных процессов, происходящих на Земле, подчинены деятельности живых организмов, которые определяют химическое состояние коры нашей планеты. Живые организмы - существующие, стареющие, умирающие в течение сотен миллионов лет - порождают планетарный процесс - миграцию химических элементов, движение земных атомов. В.И.Вернадский рассматривал живое вещество как носителя свободной энергии в биосфере. В отличие от других ученых, которые рассматривали биосферу, В.И.Вернадский считал, что живое вещество является функцией биосферы в биохимическом понимании. Посредством живого вещества происходит превращение космической энергии и организация условий существования планеты в особом проявлении термодинамических, физических и химических условий.
В.И.Вернадский сформулировал три биогеохимических принципа. В первом он охарактеризовал общую направленность биогенной миграции элементов в биосфере, которая всегда стремится к максимуму. Во втором принципе выражена главная тенденция в биогеохимической эволюции видов: в ходе геологического времени эволюция жизни идет в направлении создания форм, усиливающих биогенную миграцию атомов. И в третьем принципе сформулировано положение о том, что в каждый период геологического времени заселенность планеты должна быть максимальной для организмов, существовавших в этот период.
За несколько миллиардов лет своего существования, биосфера прошла сложный путь развития, называемый эволюцией. Из биологии известны основные этапы развития жизни на земле - от образования органических соединений из неживой материи до появления человека разумного. Современная наука считает, что биосфера незаменима. Биосфера является естественным и пока единственным местом обитания человечества в современном и прогнозируемом на ближайшее будущее состоянии человеческого сообщества.
В процессе взаимодействия человеческого сообщества с биосферой происходит появление еще одной оболочки Земли, включающей результат общественного развития - индустрии языка, культуры, религии, хозяйственной деятельности, которая называется ноосферой. В.И.Вернадский считал, что ноосфера - это новое геологическое явление на Земле. Но мыслить и действовать человек, как и все живое, может только в области распространения жизни, т.е. в биосфере, с которой он неразрывно связан и из которой не может уйти. Превращение биосферы в ноосферу является закономерным развитием жизни на земле, то есть этапом, когда разумная деятельность человека играет доминирующую роль в развитии системы "человек-природа". Однако, деятельность человека с использованием разума и разумная деятельность - это не одно и тоже. Современный мир существует скорее в антропосфере, как в сфере, созданной деятельностью человека, но разумна ли она с точки зрения сохранения жизни на Земле и среды обитания самого человека? Философские концепции нашего времени рассматривают закономерность перехода биосферы в ноосферу как социальную утопию. В то же время, очевидно, что если человечество не научится управлять собственным воздействием на природу, то оно обречено на гибель. Поэтому ряд ученых видят закон перехода биосферы в ноосферу в том, чтобы люди научились управлять не природой, а прежде всего собой.
Достаточное понимание проблем взаимодействия человека с окружающей его природой и поиск путей оптимальных решений невозможны без основательных знаний о живых и неживых компонентах биосферы, об их взаимном влиянии, обеспечивающем существование последней как единого целого.