3. Предмет, методы, задачи и средства экологии

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 [4]:

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 [1]:

• 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 [2].

4. Основные понятия и законы экологии

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 (табл. 1).

Таблица 1 – Основные понятия экологии [5]

Понятие	Автор	Год	Определение
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 [5].

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) [5], 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 [5]: 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.) [5]: 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 [5].

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 [2].

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 [3].

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.