Экология и экономика природопользования. Ответы на экзаменационные вопросы

Тема 2. Основы общей экологии

2.1. Предмет современной экологии

Общепринятым и наиболее часто употребляемым определением предмета экологии является следующее: экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Буквальное толкование этого термина происходит от греческих слов (oikos – жилище, обитель и logos – слово, учение) и означает науку о доме.

Как самостоятельная наука экология сформировалась к 1900 г., а сам термин введен в научный оборот в 1879 г. немецким биологом Эрнстом Геккелем, который определил экологию как общую науку об отношениях организмов к окружающей среде. Теоретически толкование сущности «экологии» Э. Геккель дал в рамках физиологии. В дальнейшем трактовка экологии расширялась, преобразовывалась биологами, социологами, антропогеографами, физиками, химиками, географами и др. специалистами. В настоящее время под экологией в целом понимается весь комплекс взаимоотношений человека и окружающей природной среды. Сформировался новый термин – экологизация – осуществление технологических, производственных решений, позволяющих обеспечить экологическую безопасность, увеличить эффективность использования окружающей среды.

Необходимость научного обоснования различных форм природопользования обусловила формирование системы знаний о взаимоотношениях общества с природой, прежде всего, с биосферой. Наука о структуре и функциях природы в целом и жизни биосферы носит название глобальной экологии.

В современной экологии сложилось два подхода к проблеме взаимоотношений человека и природы. Первый подход основывается на постулате, что эти взаимоотношения строятся по правилам, устанавливаемым человеком, а законы, управляющие жизнью природных сообществ, не распространяются на человека или имеют подчиненное место по отношению к жизни людей. Общество и природа рассматриваются как две разные системы с более существенными внутренними связями. Проблемы окружающей среды рассматриваются как следствие неправильного поведения человека и являются результатом его неправильного поведения. Такой подход называют антропоцентрическим, когда человек и применяемые им технологии находятся в центре экологических проблем.

11

Другой подход рассматривает человека как биологиче- ский вид, остающийся под контролем экологических законов и принимающий во взаимоотношениях с природой ее законы. Согласно такому подходу возникновение и развитие проблем окружающей среды объясняется не только ее загрязнением, но и антропогенным фактором, что приводит к превышению выносливости биосферы и нарушению ее регуляторных функций. Такой подход называют экоцентрическим, указывающим на зависимость природы от человека.

Экоцентризм в отличие от антропоцентризма исходит из представления об объективном существовании единой системы, где все живые организмы взаимодействуют между собой и с окружающей природной средой. Именно принцип целостности (холизм – от греч. hоlos) важен для понимания проблем современной экологии и для теоретического осмысления и изменения взаимоотношений человека и природы. Этот принцип предполагает, что человек и общество являются объектами экологии.

Главными задачами современной экологии в широком смысле являются следующие:

–исследование места и роли человека, цивилизации в существовании экосферы с позиций экологических законов;

–уточнение научных критериев, определяющих экологи- ческую совместимость человека и биосферы;

–определение количественных пределов развития техносферы;

–экологизация сознания людей;

–формирование идеологии и методологии гуманистиче- ского экоцентризма;

–мониторинг и диагностика окружающей природной среды;

–разработка прогнозов изменения состояния биосферы;

–экологизация поведения человеческого общества.

2.2. Основные разделы экологии

Основной задачей экологии как науки в настоящее время является консолидация ее разделов по единой системе, отражающей все стороны реальных взаимоотношений природы и общества. Это важно для понимания и объяснения экологических проблем, разработки методологии научной и практи- ческой деятельности, направленной на охрану окружающей среды и рациональное природопользование, обеспечение экологической безопасности.

12

Общая экология объединяет экологические знания на едином научном фундаменте. В ее основе лежит теоретическая экология, которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем. Экологические процессы происходят очень медленно, обусловлены многими факторами, их исследование не может ограничиться только натуральными наблюдениями и нуждается в эксперименте. Экспериментальные исследования дают фактический материал

èобеспечивают методическим инструментом. Однако из-за ограниченных возможностей эксперимента в экологии более широко применяется математическое моделирование, которое входит в раздел теоретической экологии.

Биоэкология находится в основе всей экологии, ее главной частью является экология естественных биологических систем: аутоэкологии (представителей отдельных видов особей); популяционной экологии (популяций); синэкологии (многовидовых сообществ, биоцинозов); биогеоценологии (экологических систем). Кроме этого, к биоэкологии относится экология таксономических групп (бактерий, грибов, растений, животных) и эволюционная экология (учение о роли экологических факторов в эволюции).

На основе изучения роли потоков веществ, энергии и информации в жизни сообществ организмов формируется представление об экологии как об экономике природы.

Геоэкология исследует взаимоотношения организмов и среды обитания по отношению их к географической принадлежности и влияния географических факторов. В эту часть экологии входит экология обитателей разных сред, природ- но-климатических зон, ландшафтов, а также экологическое описание различных географических областей, регионов, континентов.

На стыке биологии и геохимии Земли сформировалось учение о биосфере как глобальной экологической системе, исследование планетарных процессов позволяет рассматривать Землю как самоорганизующуюся климатоэкологическую систему.

Экология человека исследует взаимодействие человека как индивида и личности, т.е. биологической особи и социального субъекта с окружающей его природной и социальной средой.

Социальная экология является частью экологии человека

èобъединяет научные отрасли, изучающие связь общественных структур с природой и их социальной средой (например, экологические факторы цивилизации, экология человеческих популяций, экологическая демография, экология этносов).

13

Прикладная экология представляет собой направления, связанные с разными областями человеческой деятельности и взаимоотношениями между обществом и природой.

В состав прикладной экологии входят: инженерная, сельскохозяйственная, биоресурсная и промысловая, медицинская, рекреационная, коммунальная, экология населений, урбоэкология.

Таким образом, экология связана с многими науками и сферами практической деятельности, происходит взаимное обогащение наук.

2.3. Понятие экологического фактора. Абиотические, биотические, антропогенные факторы и их взаимодействие

Под экологическим фактором понимаются элементы среды, которые необходимы организму или неблагоприятно на него воздействуют. При этом под средой понимается все, что окружает организм, прямо или косвенно влияет на его развитие, рост, состояние, выживаемость, размножение и т.д. Среда каждого организма слагается из множеств элементов природы и элементов, возникающих в результате жизнедеятельности че- ловека. Элементы могут быть для организма полезными, нейтральными, вредными, положительно или отрицательно влиять на него.

Совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых не может существовать, называется условиями жизни.

Любой неделимый далее элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из фаз индивидуального развития, может называться экологическим фактором. Действие экологического фактора может быть не прямым, а опосредованным, в таком случае он воздействует через многочисленные причинно-следственные связи.

Огромное разнообразие экологических факторов разделено на три основные группы: абиотические, биотические, антропогенные.

Абиотические факторы – это комплекс условий неоргани- ческой среды, влияющих на организм и определяющих условия его жизни. Они делятся на химические, физические или климатические.

Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. В широком смысле

14

биотические факторы представляют собой внутривидовые и межвидовые взаимоотношения организмов. Живые существа служат источником пищи, средой обитания, способствуют размножению, оказывают химическое, физическое и др. воздействия не только непосредственно, но и косвенно, через неживую природу.

Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека, которая приводит к изменению природной среды, влияет на условия жизни других организмов.

Такая классификация не всегда позволяет отнести данный фактор к той или иной группе. Например, температура, если ее рассматривать как абиотический фактор, может изменяться под влиянием присутствия живых организмов. В связи с нечеткостью проведенной классификации была разработана другая, в соответствии с которой все экологические факторы подразделяются на две категории: не зависящие и зависящие от плотности популяций. В первом случае процент гибнущих особей не зависит от их общей численности или плотности, а во втором процент гибнущих особей растет пропорционально увеличению их плотности.

Экологические факторы могут вызывать изменение географического распространения как отдельных популяций, так и видов в целом, появление различных адаптивных модификаций, качественные изменения обмена веществ.

Закономерности влияния экологического фактора следующие:

–при определенных значениях фактора создаются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности организмов, эти условия называются оптимальными;

–чем больше отклонение значения экологического фактора от оптимального, тем сильнее угнетается жизнедеятельность особей, в связи с этим выделяется граница их нормальной жизнедеятельности;

–диапазон значений фактора, за границами которого нормальная жизнедеятельность особей является невозможной, называется пределом выносливости. Экологическая валентность означает степень выносливости по отношению к

данному экологическому фактору.

2.4. Уровни организации живого вещества

Живые организмы объединяются в своеобразные иерархические системы под воздействием экологических факторов и представляют собой различные уровни организации:

популяции, сообщества, экосистемы.

15

Популяцию (от лат. рopulus – население) представляет любой вид животного, растения, микроорганизма, который проявляет себя во внешней среде, приспосабливается к постоянно меняющимся условиям не как простая сумма особей, а как единое функциональное целое.

Сообщество – это совокупность популяций, занимающих какую-либо территорию. Наименьшей его единицей является биоценоз, т.е. группировка совместно обитающих и взаимосвязанных организмов.

Экологическая система является основной функциональной единицей в экологии. Система – это совокупность элементов, связанных и взаимодействующих между собой. Объект, целостные свойства которого могут быть представлены как результат взаимодействия образующих его частей, называют системой.

Экосистемой не является любая часть жизни, взаимодействующая с окружающей средой. Экологическая система представляет собой сообщество живых организмов и среду их обитания, функционирующих совместно, при этом обмен вещества и энергии происходит в них во взаимной связи.

2.5. Популяция, ее структура и динамика

Популяция – это элементарная группировка особей определенного вида, обладает всеми необходимыми условиями для сохранения и увеличения своей численности длительное время в постоянно меняющихся условиях среды, эти характеристики у популяции выше, чем у индивидов, из которых она сформирована. В процессе микроэволюции популяция способна реагировать на изменения среды перестройкой своего генофонда.

Основным свойством популяций является их беспрерывное изменение, движение, влияющие на структурно-функциональ- ную организованность, продуктивность, биологическое разнообразие, устойчивость системы. Для популяции характерен рост, развитие, способность поддерживать жизнь в изменяющихся условиях. Распределенные в пространстве особи составляют ее структуру.

Элементарную популяцию представляют особи одного вида, занимающие небольшую территорию однородной площади. Совокупность элементарных популяций образует экологическую популяцию. Экологические популяции, занимающие территорию с географическими однородными условиями существования, формируют географическую популяцию. Для этого вида популяции характерно разграничение и относительная изолированность, плодовитость, выраженные физиологические, экологические, поведенческие особенности.

16

Основными признаками популяции являются: численность, плотность, возрастной состав, соотношение полов, рождаемость (плодовитость), смертность, пространственное распределение.

2.6. Учение о биогеоценозах

Термин «биоценоз» впервые применил немецкий ученый К. Мебиус. Биоценоз (от греч. bios – жизнь, koinos – общий) представляет собой организованную группировку взаимосвязанных организмов, живущих совместно в одних и тех же условиях, границы биоценоза совпадают с границами экосистемы. Пространство с однородными условиями, заселенное каким-либо биоценозом, называется биотопом. Для биоценоза характерны целостность и способность к самоорганизации, устойчивые связи между популяциями, но не отдельными особями системы. Связи формируются в результате длительного совместного существования в составе сообщества, вследствие взаимоотношений осуществляется глобальная функция – поддержание биогенного круговорота веществ. На уровне биоценоза постоянно функционирует система самоподдержания, развития видов и координация.

Отличительной особенностью биоценоза от экосистемы является то, что биоценоз – это только живое население, а экосистема состоит из биотических и абиотических компонентов, т.е. неживых.

Биоценоз является частью экосистемы. Совокупность биоценоза и биотопа называют биогеоценозом. Академик Сухачев В. Н. дал следующее определение биогеоценоза – «это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира минералоорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществами и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии». Такое определение соотносится с термином «экосистема». Научный спор о соотношении экологии и биоценологии не завершен. Многие ученые говорят об идентичности терминов «экосистема» и «биогеоценоз», другие считают, что биогеоценология не является отдельной областью научного знания, а представляет собой раздел общей экологии.

17

Английский эколог А. Тэнсли считает, что биотоп и населяющие его организмы образуют экосистему или биогеоценоз, а академик В. Н. Сукачев считает, что биогеоценоз не является самостоятельной системой. В этой связи об экосистеме говорят как о более распространенном термине, а термин «биоценоз» употребляют, когда речь идет о биотиче- ском компоненте.

Каждый вид занимает определенное положение, выполняет определенные функции, обеспечивающие его стабильность и стабильность биогеоценоза и экосистемы в целом. Такое положение вида называют экологической нишей.

2.7. Понятие об экосистемах

Экосистема – это исторически сложившееся единое природное пространство, образованное живыми организмами и средой их совместного обитания, в котором живые и неживые элементы связаны между собой обменом веществ и энергии.

Главным свойством экосистемы является кругооборот вещества и энергии. Важнейшим критерием ее структуры и функционирования являются пищевые взаимоотношения популяций, характер трофики (от греч. trophe – питание).

Компонентами экосистемы являются:

–неорганические вещества (углерод, азот, углекислый газ, вода и т.д.), вступающие в круговорот;

–органические соединения (белки, углеводы);

–климатический режим (температура, влажность и др.);

–продуценты – автотрофные организмы, гл. образом земные растения, которые способны создавать пищу из простых неорганических веществ;

–консументы – гетеротрофные организмы, главным образом животные, которые поедают другие организмы или частицы органического вещества;

–деструкторы – гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые разрушают сложные соединения до простых, пригодных для использования продуцентами.

Классифицируются природные экосистемы в зависимости от климатической зональности, характера среды обитания, влияния экологических факторов и др. Приведем классификатор экосистемы (по Ю. Одуму).

18

Наземные биомы:

тундра: арктическая и альпийская; бореальные хвойные леса; листопадный лес умеренной зоны; тропический граспенд и саванна;

чапараль – районы с дождливой зимой и засушливым летом;

пустыня: тропическая и кустарниковая; полувечнозеленый тропический лес: выраженный влаж-

ный и сухой; вечнозеленый тропический дождевой лес.

Пресноводные экосистемы:

лентические (стоячие воды): озера, пруды; лотические (текучие воды): реки, ручьи; заболоченные угодья: болота и болотистые леса.

Морские экосистемы:

открытый океан (пелагическая экосистема); воды континентального шельфа (прибрежные воды);

районы анвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством);

эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т.д.).

2.8. Учение В. И. Вернадского о биосфере как составная часть современной экологии

Основы представлений современной экологии о взаимосвязи и взаимодействии живой и неживой природы сформированы В. И. Вернадским. В настоящее время учение В. И. Вернадского о биосфере является естественнонаучной базой охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. В соответствии с этим учением биосфера состоит из связанных между собой живых веществ биогенного, косного, биокосного, радиоактивного веществ, а также веществ космического происхождения и рассеянных атомов.

Â.И. Вернадский представил биосферу как единое целое

ñвзаимоувязанными, взаимообусловленными и сбалансированными процессами. В основе существования биосферы находится биологический круговорот, где одни организмы живут за счет отходов других. При этом основными функциями живого вещества биосферы являются: энергетическая, концентрационная, деструктивная, средообразующая, транспортная.

19

Суть учения состоит в признании особо важной роли живого вещества, которое изменяет облик планеты. Роль живых организмов в следующем: прокариоты – фотосинтезирующие и хемосинтезирующие организмы вовлекают в биохимические циклы новые неорганические вещества, связывая азот, что не могут выполнять другие организмы, имеющие ядро; грибы – специализируются на разрушении органических веществ; растения – являются продуцентами, фиксируют солнечную энергию организмов; животные – представляют собой «транспорт» биосферы.

По представлениям В.И. Вернадского, основным движущим фактором развития биосферы является биохимическая энергия живого вещества. Современная биосфера сформировалась в процессе длительной эволюции как результат постоянного взаимодействия абиотических и биотических факторов. Вначале жизнь была представлена анаэробными бактериями. В дальнейшем с появлением в биосфере фотосинтезирующих автотрофов (цианобактерий и сине-зеленых водорослей) стала проявляться созидательная роль живого вещества, а появление водорослей и наземных растений стало решающим при формировании биосферы, т.к. их деятельнсть способствовала накоплению в биосфере свободного кислорода, что признано важнейшим этапом эволюции. Одновременно развивались гетеротрофы.

По утверждению В. И. Вернадского, главным фактором миграции химических элементов в земной коре являются живые организмы. Их огромное количество и действие в тече- ние бесконечно большого промежутка времени является главным геологическим эффектом. Вся геологическая история Земли сопровождалась жизнью, а значит, современное живое вещество генетически связано с живым веществом прежних геологических эпох.

Современная теория корректирует представление о структуре и функциях биосферы, т.к. значительная часть биогенных и биокосных веществ, расположенных в глубоких недрах, фактически выведена из текущего естественного биотического круговорота и поэтому их не относят к биосфере как таковой. Биосфере присущи вещества, процессы, элементы, характеристики, которые находятся под контролем современной глобальной биоты.

20