Биосфера

Основой экологии является учение о биосфере (БС). Биосфера – это самая крупная и наиболее близкая к идеалу в смысле "самообеспечения" биосистема. Биосфера - это наружная оболочка Земли, область распространения жизни, которая включает все живые организмы и все элементы живой природы, образующие среду обитания живых. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу (гидробиосферу) - океаны, моря, поверхностные воды суши, террабиосферу - поверхность самой суши, а также литосферу - верхние горизонты твердой земной оболочки. Границы биосферы определяются физико-химическими условиями существования жизни. Нижняя граница биосферы - на 2-3 км вглубь на суше и на 1-2 км ниже дна океана; верхняя - озоновый слой на высоте 20-25км.

Благодаря разумной деятельности людей БС должна со временем перейти в новое гармоничное состояние - ноосферу (оболочку разума) (Ле Руа, Тейяр де Шарден).

Вернадский В.И., создатель учения о БС, отмечал следующие основные предпосылки создания ноосферы:

1)человечество должно стать единым целым; 2)преобразование средств связи и обмена; 3)открытие новых источников энергии; 4)подъем благосостояния людей; 5) исключение войн из жизни общества. Т.о., "ноосфера" - это одна из стадий развития биосферы, когда разумная деятельность человека является определяющим фактором развития, когда есть разумное регулирование отношений человека и природы. Процесс развития биосферы с образованием ноосферы называют ноогенезом.

Экосистема

В экологии основной функциональной единицей является экосистема (ЭС). Термин "ЭС" был предложен в 1935 г. английским экологом А.Тэнсли (A.G. Tansley), хотя представление об "ЭС" возникло значительно раньше. "ЭС" - совокупность совместно обитающих различных видов живых организмов и условий их существования, объединенных в единое функциональное целое. Наземные ЭС часто называют биогеоценозами

Из определения ЭС видно, что она состоит из:

1)биоценоза, т.е. совокупности взаимосвязанных живых организмов;

2)экотопа, т.е. это место обитания биоценоза. Экотоп - это совокупность климато-почвенно-грунтовых факторов;

3)взаимодействие биотического сообщества с физической средой.

Все ЭС являются открытыми системами, т.к. должны получать и отдавать энергию.

ИCКУCСТВЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ рассмотрим на примере городской и агроэкосистемы.

Агроэкосистемы (АЭС) имеют следующие особенности:

1) они получают находящуюся под контролем человека вспомогательную энергию, дополняющую или заменяющую солнечную;

2) в результате деятельности человека разнообразие организмов резко снижено, чтобы получить максимальный выход какого-то одного продукта (пищевого или иного), т.е. чаще всего это монокультура. Органическое вещество производится в избыточном для данной системы количестве:

3) доминирующие виды растений и животных подвергаются искусственному, а не естественному отбору;

4) АЭС хуже, чем природные, удерживают в обороте микроэлементы; т.е. сейчас для поддержания урожайности необходимо добавлять к удобрениям следовые количества микроэлементов.

Другими словами, АЭС организуются и управляются таким образом, чтобы направлять как можно больше солнечной и другой энергии на производство сельхозпродукции (в частности продуктов питания).

Такое интенсивное и специализированное землепользование, как правило, сопровождается эрозией почвы, загрязнением водоемов из-за смыва пестицидов и удобрений, повышенной чувствительностью системы к вредителям.

Городские ЭС являются неполными, или гетеротрофными. Город отличается от природной гетеротрофной системы:

1) более интенсивным метаболизмом на единицу площади;

2) большими потребностями в поступлении веществ извне;

3) более мощным и более ядовитым потоком отходов.

Экологический фактор - это любой элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное взаимодействие на живой организм хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, или любое условие среды, на которое организм отвечает приспособительными реакциями.

Классификация экологических факторов.

Абиотические факторы

Биотические факторы

Климатические:солнечная радиация, свет и световой режим, температура, влажность, атмосферные осадки, давление и др. Эдафические: механический и химический состав почвы, влагоемкость, водный, воздушный и тепловой режим почвы, структура почвы, уровень грунтовых вод и др. Орографические: рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря Гидрографические: факторы водной среды Химические: газовый состав атмосферы, солевой состав воды

Фитогенные(влияние растений) Зоогенные(влияние животных) Антропогенные- прямые и опосредованные влияния на окружающую среду, связанные с деятельностью человека

Взаимодействия между живыми организмами могут быть гомотипические и гетеротипические. Наиболее распространенный тип гетеротипических взаимодействий между животными - хищничество. Из других форм известны паразитизм, комменсализм (одни организмы питаются остатками пищи или выделениями других, например, гиены и грифы), синойкию (сожительство), нейтрализм, конкуренция, опыление растений животными (насекомыми), форезию, т.е. перенос одними видами других (например, семян растений

птицами).

Экологическая ниша - совокупность всех факторов среды, в которых возможно существование вида в природе.

Один из основоположников агрохимии - немецкий ученый Юстус Либих (1803-1873) сформулировал закон лимитирующего фактора, который применительно к экологии звучит так: "Жизненные возможности лимитируют экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму. Дальнейшее снижение необходимого фактора ведет к гибели организма или экосистемы".

Лимитирующий фактор- это любой фактор, который ограничивает процесс развития или существования организма, вида или сообщества. Американский зоолог В.Шелфорд (1877-1968) пришел к выводу, что лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток таких факторов, как свет, тепло, вода. (закон толерантности Шелфорда).

В санитарной охране ОС важны именно верхние пределы, поскольку загрязнение окружающей среды - это и есть превышение устойчивости организма (определение ПДК).

Первичная продукция на Земле создается в клетках зеленых растений под воздействием солнечной энергии (фотосинтез), а также некоторыми другими организмами (бактериями вследствие химических процессов - хемосинтез). Суть фотосинтеза состоит в том, что происходит увеличение свободной энергии в органическом веществе за счет преобразования энергии фотона солнечного света

Особую группу хемосинтетиков образуют нитрифицирующие бактерии. Они получают необходимую энергию за счет окисления аммиака, водорода, соединений железа без участия энергии Солнца.

Первый трофический уровень занимают автотрофы (продуценты), второй - растительноядные животные (консументы первого порядка), третий -хищники (консументы второго порядка), и паразиты первичных консументов. И, наконец, вторичные хищники и паразиты образуют четвертый уровень. Число звеньев в цепи может быть различным, но обычно их бывает от 3 до 5.

Продуценты - синтезируют с помощью солнечного света из СО2 и Н20,а также минеральных веществ органические соединения.

Консументы - животные организмы, которые питаются готовым органическим веществом растений и животных.

Редуценты - окисляют мертвые органические остатки до СО2 и Н2О (бактерии, грибы, простейшие).

Перенос энергии от ее источника через ряд организмов называется пищевой (трофической) цепью. При каждом переносе большая часть(80-90%) потенциальной энергии теряется, переходя в тепло. ТУ - совокупность живых организмов, получающих солнечную или преобразованную химическую энергию через одинаковое число посредников в пищевой цепи.