
книги / Основы экологии
..pdfВ. Н. Киселев
Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов небиологических специальностей высших учебных заведений
МИНСК “ВЫШЭЙШАЯ ШКОЛА”
2002
УДК 574(075.8) ББК 28.081я73 К 44
Р ецен зен ты :
кафедра географии Беларуси Брестского государственного универси тета (зав. кафедрой В .Я .Н аум енко); академик НАН Беларуси, доктор биологических наук профессор В.И.П ар ф ен ов; доктор биологических наук Г .Ф .Р ы ковский
К 44 |
Киселев В.Н. |
|
Основы экологии: Учеб, пособие / В.Н.Киселев. - |
||
|
Мн.: Выш. шк., 2002.—383 с. |
|
|
ISBN 985-06-0814-5. |
|
|
Впервые пособие вышло в 1998 г. |
|
|
Излагаются основные положения экологии. Рассматриваются |
|
|
возникновение, развитие, строение и функционирование биосфе |
|
|
ры, а также экосистема, биоценоз, популяция, экологические |
|
|
факторы среды. Широко использована новейшая информация о |
|
|
состоянии биосферы и экологической ситуации в Беларуси. |
|
|
Для студентов вузов, учителей природоведческих дисциплин |
|
|
средних школ. |
|
|
|
УДК 574(075.8) |
|
|
ББК 28.081я73 |
|
|
© Киселев В.Н., 1998 |
ISBN 985-06-0814-5 |
© Киселев В.Н., 2000, с изменениями |
|
© Оформление. “Вышэйшая школа”, 2002 |
I ОТ АВТОРА
В настоящее время особую озабоченность экологов, как и предста вителей других наук, вызывает проблема сохранения планеты Земля в качестве среды обитания человечества. Информация о нынешнем со стоянии этой среды и соответствующий прогноз не только противоре чивы — порой они имеют угрожающий характер. Разобраться в этих проблемах и обилии информации возможно только при наличии глубо ких знаний о законах природы, при четком понимании того, что мир един, несмотря на существование границ между государствами. Оче видно, что экологического благополучия для населения только одного государства быть не может. По этим и многим другим причинам эколо гия как наука и как учебная дисциплина выходит на первый план. Сейчас она изучается студентами практически всех факультетов боль шинства вузов Республики Беларусь.
Переиздание учебного пособия “Основы экологии” вызвано тем, что высшие учебные заведения Беларуси испытывают острую нехватку эко логической литературы. Подготовить учебное пособие, которое удов летворяло бы всех обучающихся - задача невероятно трудная, возмож но, невыполнимая, потому что существуют различные толкования ис токов и компонентов этой науки. Достаточно отметить: биологи до сих пор считают экологию биологической дисциплиной, хотя она уже разви вается на географических и других природоведческих идеях, вбирая новейшие достижения точных наук - физики, математики, химии, обогащая их, в свою очередь, представлениями о единстве, взаимосвя зи живого и неживого. Поэтому унифицированного использования со держания пособия не должно быть. Изучение его разделов целесооб разно согласовывать с учебными планами и программами по подготов ке разнопрофильных специалистов.
Современная экология анализирует природные условия (факторы) существования живых организмов, включая человека, и их изменения под влиянием разнообразных преобразующих или разрушающих антро погенных воздействий. Автор попытался проследить возникновение, развитие и функционирование биосферы как планетарной системы и показать, насколько это возможно в рамках учебного пособия, вклад Беларуси в общую экологическую ситуацию. Изучение экологических проблем требует также знаний об организации жизни на Земле. Краткая информация об этом может быть полезна для понимания последствий изменения природной среды.
Учебное пособие знакомит с важнейшими надорганизменными сис темами, такими как биоценоз, экосистема, популяция, в которых при рода предстает во всем своем единстве и неразрывности многочисленных связей. Эти объекты научных интересов экологии стали основными в природоохранных усилиях государств.
Таким образом, сделана попытка определить место экологии в со временном естествознании, цели и задачи экологических исследова ний, а также ее практические интересы.
Автор считает своим долгом выразить признательность рецензен там доктору биологических наук Г.Ф .Рыковскому, профессору В.Я.Науменко и сотрудникам кафедры общей экологии биологическо го факультета Белорусского государственного университета за советы и замечания, способствовавшие улучшению рукописи.
экология
КАК
НАУКА
Глава
1.1. ЭКОЛОГИЯ В СИСТЕМЕ НАУК О БИОСФЕРЕ
Весь органический мир Земли (живая природа) и ок ружающая его природная среда (неживая природа), об разующие биосферу, являются ее основными, невероят но сложными и взаимодействующими структурными со ставляющими. Все проявления жизни: строение и функ ции живых существ, их происхождение, развитие и распространение, связи друг с другом и с неживой при родой, а также образуемые ими сообщества изучает биоло гия. Неживая природа и ее компоненты —рельеф, кли мат, воды, суша, океан и ледяной покров —исследуются физической географией.
Фундаментом для биосферы служит земная кора — самая верхняя из твердых оболочек планеты. Состав, стро ение, историю развития и движения земной коры изуча ет геология. На стыке биологии, физической географии и геологии возникла наука о биосфере, которая изучает планетарную систему организации жизни на Земле.
Биосфера как система планетарного уровня организа ции состоит из отдельных взаимосвязанных структурных образований — экосистем, или биогеоценозов, представ ляющих собой природные комплексы, которые образо ваны живыми организмами и средой их обитания. Эти комплексы различной степени сложности и организован ности, связанные общим потоком вещества и энергии, являются объектом изучения экологии.
Экология рассматривает прежде всего организмы как живые существа, которые обладают совокупностью свойств, отличающих их от неживой материи. В боль шинстве случаев это клеточная организация, обмен веществ, движение, раздражимость, рост и развитие,
размножение, изменчивость и наследственность, а так же приспособляемость к условиям существования.
Согласно современным научным взглядам на органи зацию живой материи, жизнь на Земле представлена индивидуумами (особями) определенного строения, при надлежащими к систематическим группам, а также со обществам различной сложности. Сообщества организмов бывают одновидовые и многовидовые. Индивидуумы и сообщества организованы в пространстве и во времени.
На основе разных способов' структурно-функциональ ного объединения элементов, составляющих живую ма терию, выделяют несколько уровней ее организации, которые образуют своеобразный биологический спектр от генов до сообществ (рис. 1.1). На каждом из уровней в результате взаимодействия с окружающей физической средой (веществом и энергией) возникает определенная функциональная система.
Рис. 1.1. Уровни организации живого - объекты изучения биологии, экологии и физической географии
Экология (rp.oikos — дом, родина) — это наука, изучающая организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней. Под такими сис темами следует понимать все биологические и биокосные (состоящие из организмов и неживых компонентов природы) системы, которые служат “домом” для орга низма. Размеры “дома” могут колебаться от небольшого пространства до природной зоны, материка и всей био сферы. Учение о биосфере является составной частью на уки экологии. Термин “экология” введен в 1866 г. не мецким биологом Э.Геккелем (1834—1919).
Экология стремится познать все многообразие органи зации жизни на Земле, взаимосвязей между животны ми, растениями; грибами, микроорганизмами и средой их обитания. Она служит научной основой рационально го использования и охраны биологических ресурсов. В задачи экологии входят также прогнозирование измене ний природы под влиянием деятельности человека, на учное обеспечение восстановления нарушенных, при родных систем и заповедного дела. Конечной целью эко логических, как и географических, исследований явля ется сохранение среды обитания человека.
Упорядочивая знания об организации жизни на Зем ле и ее связи с исключительно сложной средой обита ния, экология распадается на множество разделов, име ющих свой объект исследования. Прежде всего она клас сифицируется по конкретным биологическим объектам. Например, экология растений, экология животных, эко логия микроорганизмов изучают взаимодействие этих организмов со средой обитания. При описании любого вида (рода, семейства) в биологии всегда указывается, на какой территории и в каких природных условиях он распространен. Эти направления исследований получи ли названия географической и экологической ботаники, географической и экологической зоологии. В данном слу чае экология сохранила свои биологические корни. От расли экологии дифференцируются также в зависимости от среды, местообитания организмов: выделяются эколо гия суши, экология моря, экология озера, экология высо когорий и т.д. В соответствии с уровнями организации живого экология подразделяется на аутэкологию и синэкологию.
Аутэкология исследует взаимодействие со средой от дельных особей или их групп, относящихся к одному виду (популяции). При этом особь либо популяция как бы изолируется от целостной биологической системы, в ко торую она входит, с целью познания ее взаимодействия со средой обитания. Полученная информация позволяет оценить роль и значение одной особи или группы особей в природе. Однако этой информации недостаточно для решения проблем, связанных с охраной природы и вос становлением используемых биологических ресурсов. Например, невозможно успешно выполнять лесовосста новительные работы, не исследуя лес как целостную си стему, включающую присущие ей растительные и жи вотные организмы.
Все уровни организации живого выше организма по отношению к нему являются надорганизменными систе мами. Синэкология исследует эти надорганизменные, в основном многовидовые, сообщества растений, животных, грибов и микроорганизмов — биоценозы. Сообщество и абиотическая среда, функционирующие совместно, обра зуют экосистему, или биогеоценоз, а совокупность эко систем —ландшафт, т.е. природный комплекс географи ческого ранга. Для характеристики экосистем привлека ется информация о геологическом фундаменте, гидроге ологических условиях, рельефе, климате, почвах и т.д. Таким образом, экология тесно соприкасается с ландшафтоведением —отраслью физической географии, объекта ми исследования которой являются сложные природные и природно-антропогенные образования.
Взаимосвязь между физической географией и эколо гией нашла также отражение в становлений геоэкологии (ландшафтной экологии, или экологии ландшафтов). Выделение геоэкологии в самостоятельную науку связа но с целесообразностью объединить изучение простран ственного взаимодействия природных явлений с иссле дованием “вертикальных” взаимоотношений между ними в границах определенного природного комплекса (экоси стемы, ландшафта).
Интересы геоэкологии сосредоточены на анализе струк туры и функционирования ландшафтов, взаимоотноше ний их составных биотических и косных (абиотических, неживых) компонентов, воздействия общества на природ
ные составляющие. Однако термины ‘‘геоэкология” и “ландшафтная экология” пока не получили широкого распространения. По мнению немецкого физико-гсографа, исследователя ландшафтов К.Тролля, они являются си нонимами биогеоценологии. Иногда под геоэкологией понимают экологию геологической среды. В современ ной географии утверждается представление о геоэколо гии как системе наук о взаимодействии геосфер Земли и общества. Земля рассматривается как единая система, обеспечивающая человечество ресурсами и средой обита ния, что сопровождается определенными разрушениями в биосфере. Конечная цель геоэкологии заключается в разработке экологической политики на глобальном, на циональном и локальном уровнях.
Экология человека —комплексная дисциплина, иссле дующая общие законы взаимодействия и взаимовлияния биосферы и антропосистемы (Стадницкий, Родионов, 1988). Антропосистему образуют все структурные уров ни человечества, все группы людей и индивидуумы.
Перечень задач, решаемых экологией человека, чрез вычайно широк. В их совокупности различаются два на правления. Одно связано с влиянием природной (гео графической) среды и ее компонентов на антропосистему, другое вытекает из необходимости изучать последствия антропогенной деятельности.
Во второй половине XX века человек расширил сферу своего обитания, сделав доступным не только околозем ное, но и далекое космическое пространство. Совершенно новое направление экологии человека —космическая эко логия исследует пилотируемые спутники Земли как ис кусственные экосистемы и влияние космических факто ров на человеческий организм, являющийся ядром этой сис темы. В данном случае интересы экологии космической тесно переплетаются с интересами экологии медицинской.
Самостоятельным направлением в экологии человека является социальная экология. Она анализирует взаимо отношения между социальными группами населения и средой. Однако предмет исследования и место социаль ной экологии в системе экологических наук трактуются по-разному: основным объектом социальной экология выступают или человек как биологический вид, или социальные механизмы взаимосвязи человеческого об щества с окружающей средой.
Рассматривая человека как биологический вид, соци альная экология тесно соприкасается с социобиологией, или социальной биологией, наукой о биологических основах любого общественного явления.
Говоря о взаимоотношениях экологии, физической географии и биологии,' следует сказать и о биогеоценологии,‘ науке о взаимосвязанных и взаимодействующих комплексах живой и неживой природы —биогеоценозах и их планетарной совокупности —биогеосфере, которая представляет собой часть биосферы с наибольшей кон центрацией жизни. В биогеоценологии, развивающейся также на стыке биологических и географических отрас лей знания, используется комплексный подход к изуче нию живой природы.
При отыскании причин современной организации жизни на Земле и распространения организмов учение о биосфере черпает сведения из исторической геологии и палеонтологии.
Экология, будучи комплексной наукой, изучающей организацию жизни на планете и условия ее существова ния, в своем научном языке широко использует термины из географических и биологических дисциплин, такие как флора, фауна, биота, растительность, растительный покров, животный мир, биом и многие другие. В то же время некоторые понятия экологии стали уже общеупот ребительными. Среди них следующие.
Среда (окружающая среда, экзогенная среда) — сово купность абиотических (косных) и биотических условий обитания животных, растений, грибов и микроорганизмов.
Природная среда — совокупность всех естественных условий, тел и явлений, с которыми организм находится в прямом или косвенном взаимодействии.
Экосистема — природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, которые связаны между собой обменом веществ и энергии. Является одним из основных понятий экологии. Прило жимо к объектам разной сложности и размерности, но в большинстве своем имеющим четкие границы. Экосисте мой можно считать каждую отдельную кочку на болоте, болото в целом, озеро, реку, море, лесной массив, пус тыню, природную зону, материк, океан и всю планету Земля.
1.2. КРАТКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ
Экология как наука имеет длительный предваритель ный этап накопления сведений об органическом мире и природных условиях на Земле. Этот этап охватывает пе риод от социального становления человека до XVIII века, когда в естествознании появились первые научные гипо тезы, объясняющие происхождение и разнообразие орга нического мира, а также его зависимость от географи ческих условий.
История развития представлений о биосфере отража ет изменение взглядов на природу, непосредственно ок ружающую человека. Элементы знаний, которые стали отправными для формирования понятия о биосфере в целом и возникновения науки экологии, постепенно на капливались и анализировались географией, биологией и геологией.
Истоки учения о биосфере, по всей видимости, следу ет искать в первых религиозно-философских воззрениях на природу и место человека в ней. Понимание природы бытия как безличной единой духовной сущности, прони зывающей Вселенную, в качестве философской проблемы определилось еще в начале первого тысячелетия до на шей эры, возникнув в сфере индийских жрецовбрахманов. В основе брахманизма лежат представления о творце Вселенной, об одушевленности природы и пере воплощении всех живых существ.
Гармонию человека и Космоса проповедует конфуци анство —этико-политическое учение, возникшее в Древ нем Китае в VI веке до н.э. Буддизм, сложившийся тогда же в Древней Индии, связывая жизнедеятельность лич ности с внешним миром, считает бытие вечным страда нием, а страдание —космической реальностью.
Большое внимание происхождению Вселенной и при роде вещей уделила древнегреческая философия, которая заимствовала у народов более древних цивилизаций зна ния по астрономии, географии, физике. Решая проблему происхождения Вселенной, она разрушала мифологичес кие представления о мире и человеке. Почти все фило софы Древней Греции были и естествоиспытателями. Им принадлежит множество общих гипотез и теорий, кото