Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Лекции по Экологии ?????.doc
Скачиваний:
52
Добавлен:
17.02.2016
Размер:
6.08 Mб
Скачать

Конспект лекции по дисциплине

«Экология и устойчивое развитие»

1 Тема. Введение в современную экологию

Цель лекции:Обоснование включения в учебный план по всем специальностям изучение курса «Экология и устойчивое развитие» в число объзательных общеобразоательных дисциплин и раскрыть цели и задачи его изучения.

Основные вопросы:1.Предмет,задачи и методы современной экологии.2Структура и классификация экологии.3 Определения понятия «Устойчивого развития».

Определяющей особенностью рубежа ХХ и ХХІ веков явилось возникновение новой жизненно важной потребности – экологической безопасности как индивидуальной личности человека, так и общества в целом. Она связана главным противоречием, возникшим на пороге третьего тысячелетия, между потребностями общества в жизнеобеспечении и самосохранении и возможностями природы удовлетворять указанные (причем все возрастающие) потребности.

Устойчивое экологически безопасное развитие экономики невозможно без экологически ориентированного сознания людей и формирования у преобладающей части общества экологического мировоззрения и соответствующего стереотипа поведения.

Ответственность за решение проблемы гармонических взаимоотношений общества и природы , прежде всего, несут специалисты с высшим образованием.

В связи с этим возникает необходимость подготовки кадров по всем специальностям, владеющих знаниями в области общей экологии и охраны окружающей среды и умеющих пользоваться ими в своей будущей профессиональной работе.

Цель преподавания дисциплины:

-- сформировать целостное представление об основных закономерностях устойчивого развития природы и общества.

Задачи преподавания дисциплины:

- изучить основные закономерности функционирование живых организмов, экосистем различного уровня организации, биосферы в целом и их устойчивости;

- сформировать знания об основных закономерностях взаимодействия компонентов биосферы и последствий хозяйственной деятельности человека, особенно в условиях интенсификации природопользования;

- сформировать современные представления о концепциях, стратегиях ипрактических задачах усойчивого развития в различных странах и Республике Казахстан;

- сформировать у студентов творческий подход к обсуждению наиболее острыхи сложных проблем экологии, охраны окружающей среды и устойчивого развития.

- воспитание чувств ответственности за природную среду;

В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

- основные закономерности , определяющие взаимодействия живых организмов со средой обитания ;

- распространение и динамику численности организмов , структуру сообществ и их динамику;

- закономерности потока энергии через живые системы и круговорот веществ, функцирования экологических систем и биосферы в целом;

- социально-экологические последствия антропогенной деятельности;

- основные принципы охраны природы и рационального природопользования.

- концепцию, стртегии, проблемы устойчивого развития и практические подходы к их решению на глобальном, региональном и локальном уровнях.

Уметь:

-выявлять и анализировать естественные и антропогенные экологические процессы и возможные пути их регулирования;

- использовать полученные знания о закономерностях взаимодействия живых организмов и окружающей средой в практической деятельности для сохранения устойчивого развития.

Термин экология (от греч. "ойкос" - дом, жилище, "логос" - учение, наука) предложил в 1866 году крупный немецкий биолог Эрнст Геккель (1834-1919). Как самостоятельная научная дисциплина экология выделилась в цикле биологических дисциплин в начале XX в. и всю первую половину столетия она развивалась как биологическая наука.

Под экологией Э. Геккель понимал область исследований, связанных с изучением всей совокупности взаимоотношений животного мира с окружающей его средой, как органической, так и неорганической.

Наиболее распространенное современное определение: экология- это наука о взаимодействиях живых организмов и среды их обитаниях.

По мере накопления экологических знаний предмет экологии расширялся и, став самостоятельной биологической наукой, экология изучает организацию жизни: на трех уровнях. На первом уровне исследуется взаимодействие отдельного организма с окружающей его средой (образ жизни, поведение, взаимодействие с отдельными элементами среды обитания и т.п.). Однако в реальных условиях ни один организм не существует в природе обособленно, т.е. вне связи с другими подобными себе особям тoгo же вида. Известно, что организмы существуют в виде особых группировок (популяций и популяционных групп), обладающих качественно особыми реакциями на окружающую среду (например, изменениями численности группировки при смене условий питания и др.) в отличие от отдельных особей того же вида. Изучение этого вида экологических взаимоотношений относится ко второму уровню исследований в экологии. А третий уровень связан с рассмотрением еще более общих взаимоотношений, а именно: взаимоотношений организмов со всеми остальными компонентами окружающей среды, без изучения которых невозможно понять биологические особенности того или иного вида, прогнозировать его поведение в изменяющейся окружающей среде.

В процессе развития биологической экологии (биоэкологии) возникла необходимость классификации экологических знаний. В настоящее время выделяют несколько разделов. В частности, общая экология, биоэкология, социальная экология, прикладная экология и др. Каждый раздел имеет свои подразделения и связи с другими отраслями экологии и смежными науками. Общая экологии изучает живые (биотические) организмы, популяции, сообщества, взаимоотношения видов, абиотические компоненты окружающей среды. Биоэкология-экологию систематических групп животных и растений.

. Прикладная экология -это комплексная междисциплинарная наука, включающая промышленную (инженерную), сельскохозяйственную, медицинскую, социальную и другие экологические дисциплины, взаимосвязанное использование которых направлено на обеспечение экологической безопасности человека и сохранение окружающей его природной среды. В рамках прикладной экологии изучаются междисциплинарные проблемы взаимодействия общества и природы, интенсивно развиваются экологические исследования, связанные с анализом факторов антропогенных воздействий на природную среду и

изучением влияния загрязнения окружающей среды, а также комплексные исследования, направленные на выход человечества из сложившегося экологического кризиса.

Социальная экология рассматривает взаимоотношения общества и природы и разрабатывает социальные аспекты рационального природопользования. В связи с этим важное значение приобретает упомянутая выше компонент-подсистема окружающей среды -социальная среда. Развитие социальной экологии позволит реализовать комплексный подход к разработке новой стратегии природопользования - рационального природопользования, основанного на эколого-экономических механизмах управления, так как экономические механизмы управления природопользованием.

Будучи по происхождению биологической наукой, экология в настоящее время превратилась в комплексную междисциплинарную науку, включающую, наряду с биологическими, также и социально-экономические, географические, духовно-нравственные, культурно-эстетические знания и призванную сыграть важную роль в формировании нового, экологически ориентированного мировоззрения современного человека. В связи с этим современные экологические знания неразрывно связаны с другими областями научного знания.

Основные методы исследования экологии: наблюдение, эксперимент, моделирование, системный подход, мониторинг,

В настоящее время широкое распространение в экологических исследованиях получили методы математического моделирования -аналитические, имитационные, эмпирико-статистические и др. Эти методы, и особенно имитационное моделирование, находят широкое применение в экологическом прогнозировании с использованием компьютерной техники и информационных технологий.

Чтобы в условиях современного индустриального общества обеспечить человеку приемлемое качество окружающей среды, соблюсти нормативы загрязнения в местах проживания и трудовой деятельности, необходимо создание систем мониторинга и контроля качества среды, необходимы комплексы очистных и природоохранных сооружений и экозащитной техники и др. Но такие системы и комплексы и другие мероприятия по защите окружающей среды и реабилитации нарушенной природной среды требуют значительных материальных, людских и финансовых затрат, практически сравнимых с затратами на основное производство. Выбор оптимальных и экологически приемлемых вариантов и стратегий природоохранной деятельности на государственном, региональном или местном уровнях возможен только на основе применения экономических методов.

.

. Экологический кризис- напряженное состояние взаимоотношений между обществом и природой, характеризующееся несоответствием (чрезмерностью) антропогенной нагрузки на природную среду экологическим возможностям биосферы.

Преодоление экологического кризиса связывается прежде всего с духовным оздоровлением общества, с переходом к новым принципам взаимоотношений общества и природы, к новой системе человеческих ценностей и разумному ограничению разнообразных потребностей человека до необходимого уровня. Ясно также, что использование человеком природы и преобразование природной среды в интересах общества неизбежны и закономерны, так как они осуществляются в силу действия как законов природы, так и социальных законов развития общества. Поэтому научно-технический прогресс человечества не является чем-то чуждым природе, противоречащим ей, а наоборот, он - один из последовательных и закономерных процессов эволюции. Поэтому закономерными являются и возникающие экологические, ресурсные и другие глобальные проблемы человечества.

Так как общество не в силах остановить научно-технический прогресс, человеку ничего не остается, как научиться жить в согласии с законами природы и не переступать допустимые пределы воздействий на природную среду. Эта важнейшая для будущего нашей цивилизации задача может быть решена только на основе перехода общества на концепцию устойчивого развития с использованием новых экологических технологий, с учетом корректировки стратегии природопользования, воспитания у людей разумного ограничения человеческих потребностей,

Устойчивое развитие- это форма развития общества, которая удовлетворяет потребности ныне живущих и не ущемляет возможности будущих поколений в обеспечении своего существования, что предполагает наряду с рациональным природопользованием ограничение личных и социальных потребностей до жизненно необходимого уровня,.

Поэтому общество заинтересовано в формировании у всех своих членов экологического мировоззрения, основанного на осознании необходимости сохранения оптимальной для жизни среды обитания человечества, т.е. биосферы. Экологическое мировоззрение выражается в оптимизации взаимоотношений в системе "общество - природа" путем снижения или полного устранения влияния вредных воздействий на человека и среду его обитания, замене многоотходных, ресурсоразрушающих технологий на малоотходные, прирородосохраняющие, создании социальных, правовых и экономических механизмов существования отдельных стран и всего человечества в оптимальных для жизни условиях.

Тема – 2. Экология особи – аутоэкология

Цель лекции:Раскрыть взаимосвязь организма и окружающей среды и сформироавать знания об основных закономерностях их взаимодействия.

Основные вопросы:1.Организм и условия его обитания;2. Экологические факторы и их классификация;3.Некоторые общие закономерности взаимодействия.4.Среда обитания и экологическая классификация живых организмов.

Организм это любое живое тело, живое существо, тот уровень организации живой природы, который является одним из главных объектов исследований экологии,

Живые ор­ганизмы — открытые системы и постоянно обмениваются с внешней средой веществом и энергией. Организмы испы­тывают воздействие постоянно меняющихся условий среды и сами изменяют эти условия.

Любые компоненты или условия среды, способные ока­зывать влияние на организмы, называются экологически­ми факторами. Экологические факторы оказывают прямое или опосредованное (косвенное) влияние на жизнедеятель­ность, численность (обилие) и географическое распростра­нение живых организмов нашей планеты.

Экологические факторы многообразны, как по своей природе, так и по воздействию на живые организмы. Ус­ловно все факторы среды подразделяются на две большие группы — абиотические и биотические. Некоторые ученые в отдельную группу выделяют антропогенные факторы.

Абиотические факторыэто факторы неживой приро­ды, прямо или косвенно воздействующие на живые организ­мы. К ним относятся климатические (температура, баромет­рическое давление, ветер, влажность, световой режим и другие), атмосферные (химический состав атмосферы), почвенные (эдафические), геоморфологические (орографи­ческие), гидрологические и другие.

Биотические факторыэто факторы живой природы, всевозможные формы влияния живых организмов друг на друга. Они носят самый разнообразный характер. Эти влия­ния могут быть со стороны растений (фитогенные), живот­ных (зоогенные), грибов и микроорганизмов. Живые суще­ства служат источником пищи (растения — для животных-фитофагов, животные — для хищников), средой обитания (хозяин для паразитов, крупные растения для эпифитов), способствуют размножению (опылители растений), оказы­вают химические, физические и другие воздействия.

Антропогенные факторы-это те формы деятельности человека, которые воздействуют на окружающую среду, изменяют условия обитания живых организмов или непосредственно влияютна отдельные виды растений и животных. В последние десятилетия возрастающие действия антропогенные факторов привело к возникновению сложных экологических проблем биосферы.

Все факторы можно разделить на условия и ресурсы среды

Ресурсы-все то в природе, из чего организм черпает энергию и получает необходимые вещества для своей жизнедеятельности.

Условия — это изменяющиеся во времени и простран­стве абиотические факторы, на которые организмы реаги­руют по-разному в зависимости от их силы. Условия среды налагают определенные ограничения на организмы. Наибо­лее важные факторы, определяющие условия всех сред, — температура, влажность и свет.

Таблица 2.1 Различные подходы к классификации

экологических факторов

Условия и ресурсы среды- понятия взаимосвязанные. Один и тот же фактор можно рассматривать и как условие, и как ресурс. Например, кислород является энергетичес­ким ресурсом большинства сухопутных животных.-

Некоторые общие закономерности воздействия экологических факторов: правило оптимума, правило лимитирующих факторов, правило взаимодействия факторов и др. Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организм. Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом или зоной оптимумом экологического фактора. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью (толерантностью)организмов по отношению к конкретному фактору.Понятие о влиянии максимального значения фактора, выход за пределы которого ограничивает жизнедеятельность организма, ввел в 1913 году американский зоолог В. Шелфорд. Оно отражено в законе максимума, или законе толе­рантности (от лат. 1о1егап1аа — терпение), который иногда называют правилом Шелфорда. Закон толерантности гла­сит: присутствие или процветание каких-либо организмов в данном местообитании зависит от комплекса экологи­ческих факторов, к каждому из которых у организма суще­ствует определенный диапазон толерантности вынос­ливости. Диапазон устойчивости по каждому фактору ограничен его минимальными и максимальными значени­ями, в пределах которых только и может существовать организм (экологический стандарт вида).

Рис. 1. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности

(распределение численности вида),

Правило лимитирующих факторов -сущность заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке, отрицательно влияет на организм и ограничивает возможности проявления действия других факторов, в том числе находящихся в оптимуме,

Закон Либиха – необходимый фактор, находящийся на нижнем уровне, служит ограничивающим фактором положительное действие факторов, находящихся в оптимуме,

Среда в понимании эколога — все, что окружает особь (популяцию, сообщество) и воздействует на нее.

Различают 4 вида среды обитания: водная, наземно- воздушная, почвенная и живой организм,

Экологическая классификация организмов основана на учете различных критериев- способа питания, передвижения, места обитания, отношения к отдельному фактору и др,

По способу питания все живые организмы подразделяются на две большие группы-автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы(гр.сам и пища)- организмы, синтезирующие из неорганических минеральных соединении органические вещества с использованием солнечной энергии ; к ним относятся, в основном, зеленые растения, осуществляющие фотосинтез. Гетеротрофы(гр. Иной)- организмы, использующие органические вещества; это- животные, грибы и большинство микроорганизмов. Среди гетеротрофов различают фитофагов, использую­щих растительную пищу, и зоофагов, питающихся живот­ными. Потребители мертвых организмов по пищевой спе­циализации подразделяются на некрофагов (от греч. nekros — мертвый) — потребителей трупов животных, коп-рофагов (от греч. kopros — помет) — потребителей экскре­ментов, сапрофагов (от греч. sapros — гнилой) — потреби­телей мертвых растительных остатков и детритофагов (от греч. detritis — истертый) — потребителей полуразложив­шихся органических веществ.Выделяют еще миксотрофные (от греч. mixis — смеше­ние и trophe — пища, питание) организмы, которые в зави­симости от условий внешней среды, сочетают автотрофный и гетеротрофный способы питания (сине-зеленые водорос­ли, растения-паразиты (сапрофиты), растения-хищники, эвгленовые).

В основу экологической классификации могут быть по­ложены места обитания. Например, водные организмы — гидробионты подразделяются на бентосные (от греч. ben­thos — глубина) — живущие на дне водоема (губки, акти­нии, придонные рыбы), планктонные (от греч. planktos — блуждающий) — обитающие в толще воды и пассивно пере­носимые водными течениями (одноклеточные водоросли, медузы, крылоногие моллюски, икра, мальки рыб) и нек-тонные (от греч. nektos — плавающий) — активно плаваю­щие (рыбы, дельфины, головоногие моллюски).

По экологической классификации можно разделять от­дельные группы организмов по их отношению к свету, влаж­ности, температуре. Например, по отношению растений к влажности их подразделяют на гигрофитов, мезофитов и ксе­рофитов, а по отношению к богатству почв (плодородию) вы­деляют растения олиготрофные, мезотрофные и эвритрофные.

Тема – 3. Экология популяции – демэкология

Цель:Сформировать целостное прдставление об основных закономерностях устойчивого развития популяции.

Основныевопросы:Понятие о популяции;2.Структура популяции;3, Показатели динамики популяции;4.Гомеостаз популяции;

Все виды живых организмов в биосфере могут существовать только в форме популяций. Популяция - это совокупность особей одного вида, занимающих в одно и то же время опре­деленное место в пространстве. Иногда популяцию представляют и как со­вокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство и обладающих сходной наследственностью, т.е. внутри которой осуществля­ется обмен генетической информацией. Известный современный обществен­ный деятель и ученый-эколог А.В. Яблоков определяет популяцию как мини­мальную самовоспроизводящую группу особей одного вида, которая на протяжений эволюционно длительного времени населяет определенное про­странство и образует самостоятельную генетическую систему.

Известно, что наследственная информация хранится в хромосомах в виде нуклеиновых кислот, молекулы которых или их отдельные части, назы­ваемые генами, определяют наследственные признаки! Совокупность всех генов образует генотип, а совокупность всех особей, хранящих и передаю­щих по наследству генетическую информацию, формирует генетический фонд или генофонд популяций

Подобно различиям, существующим между отдельными особями, име­ются различия и между популяциями, так как каждая популяция приспособ­лена к условиям той местности, в которой та обитает. Благодаря свойству приспособления (адаптации) к условиям окружающей среды популяция мо­жет обосноваться в определенной области при наличии подходящего клима­та, питательных веществ и источника энергии. Поэтому каждая популяция обладает рядом признаков, отсутствующих у отдельных ее членов. Такими отличительными признаками являются численность и плотность популяции, подходящее место обитания, которое по своим температуре, влажности, характеру почвы и растительности, пищевым ресурсам и прочим парамет­рам соответствовало бы ее потребностям.

С одной стороны популяция является элементарной единицей биоценотического взаимодействия, входя в фунционально-экологический ряд различных уровней организации жизни:организм-популяция-биоценоз-биогеценоз-биосфера.

С другой стороны, популяция является элементарной единицей эволюционного развития, включаясь в генетико-эволюционный ряд, отражающий филогенетические связи таксонов разного уровня: организм-популяция –вид-род-семейство-отряд-класс-царство.

Вид как правило, включает множество популяций. Между популяциями происходит обмен особями благодаря миграциям. Различают следующие разновидности популяции: локальная, экологическая, географическая.

Структура популяции. Каждая популяция имеет определенную структуру: возрастную (соотношение особей разного возраста), половую (соотношение полов) и пространственную (колонии, семьи).

Любая популяция имеет структуру. Различают пространственную, возрастную, половую, поведенческую, генетическую и др. виды структуры популяции. Пространственная структура-это особенность размещения особей популяции в пространстве. Она может быть равномерным, случайным и групповым. Распространение

организмов за пределы популяции называется расселением. Способы расселения: анемохория(распространение ветром), гидрохория(водой), фитохория(растениями), зоохория(животными).

Половая структура-это количественное соотношение особей по полу.

Генетическая структура- характеризуется степенью генетического разнообразия особей.

Возрастная структура-это количественное соотношение особей разных возрастных групп.

Этологическая(поведенческая_ структура- это система взаимоотношений между членами одной популяции. Этология(греч.-характер) –наука о биологических основах поведения животных.

Возрастная структура отражает особенности распределения численности популяции по возрастам и может быть выражена в виде зависимостей относительного числа особей (по отношению к численности популяции), возраст которых находится в определенных временных интервалах. В демографических исследования возрастная структура населения отдельных стран, регионов или мира в целом определяется соотношением долей (в процентах) групп людей, чей возраст находится в равных (годовых, пятилетних и др.) интервалах времени. Графическое представление этих соотношений называют пирамидами возрастов, которые также являются показателями возрастной структуры популяции.

По виду возрастной структуры можно судить о том, является ли популяция развивающейся (с растущей численностью) либо сокращающейся популяцией. Для развивающейся популяции характерно значительное превышение численности возрастной группы особей с дорепродукционным возрастом по сравнению с группой, имеющей пострепродукционный возраст. Репродукционным называют возраст особей, которые могут давать потомство. Сокращающаяся популяция имеет обратное соотношение возрастных групп дорепродукционного и пострепродукционного возрастов.

Природно-антропогенные популяции. До сих пор мы рассматривали в настоящем разделе природные популяции, находящиеся в естественных местообитаниях. Хозяйственная деятельность человека привела к возникновению природно-антропогенных популяций. Такие популяции могут быть связаны с выращиванием сельскохозяйственных культур, когда многие животные, например мыши, приспосабливаясь к системе хозяйства, изменяют характеристики своей популяции, в частности численность популяции. Используя в своих целях растительный и животный мир Земли, человек всегда имеет дело с конкретными природными популяциями, изменяя их численность, структуру и другие количественные характеристики, что во многих случаях уже приводило и приводит к исчезновению разных популяций в различных регионах. Так, резкое снижение численности многих диких животных в результате чрезмерного промысла (охота, промысловый лов рыбы и др.) может доходить до такого уровня, что нарушает условия случайного скрещивания особей и приводит к вымиранию популяции. Многие дикие копытные в Африке были не только вытеснены в процессе животноводства, но и специально уничтожены как носители опасных заболеваний, переходящих на домашних животных. Природно-антропогенные популяции формируются на всех территориях интенси;вной хозяйственной деятельности, необязательно сельскохозяйственной направленности.

Показатели динамики популяции: численность, плотность, рождаемость, смертность популяцииию,

. Численностью популяции называют количество особей данной популяции. Численность популя­ции в биосфере сильно меняется как во времени, так и в пространстве, зави­сит от условий местообитания и подвержено воздействию человека. Чис­ленность популяций разных видов колеблется от нескольких десятков до десятков тысяч особей (у микроорганизмов-до миллиардов особей). Чис­ленность популяции - одна из ее важнейших характеристик, позволяющая экологам судить о степени благоприятности условий обитания как для самой популяции, так и для биогеоценоза в целом. Плотность популяции -это ее численность, отнесенная к единице занимаемого ею пространства, или среднее число особей на единицу площади (обьема}.

Численность популяции может возрастать по двум причинам: в результате эмиграции из другого ареала и за счет естественного прироста особей, определяемого превышением в популяции рождаемости над смертностью. Для человеческой популяции смертность выражается средним числом смер­тей в год на 1000 человек, а рождаемость обычно определяют числом рождений(живых детей) на 1000 человек за год. Изучением статистики рождаемости и смер­тности людей, анализа их временных и географических закономерностей для це­лей прогноза занимается демография. В таблицах 1.1 и 1.2 приведена статистика рождаемости и смертности в некоторых странах и регионах по данным 1981г.

Статистика рождаемости и смертности в некоторых странах

Страны

Рождаемость

Смертность

Кения

53

19

Индия

36

15

Мексика

33

8

США

16

9

ФРГ

10

12

Таблица 1.2 Статистика рождаемости и смертности в некоторых регионах

Страны

Рождаемость

Смертность

Африка

46

17

Азия

29

11

Латинская Америка

32

9

Северная Америка

16

9

Европа

14

10

Из таблиц 1.1 и 1.2 видны значительные отличия показателя рождаемо­сти в разных странах и регионах (в 3-5 раз), а различия в показателях смер­тности несколько ниже, что позволяет сделать ряд выводов. Например, в развитых странах (США, ФРГ) смертность в среднем ниже, чем в развиваю­щихся странах (Кения, Индия, Мексика). Известно, что в ряде развиваю­щихся стран (например, в Индии после второй мировой войны) были введе­ны программы медицинской помощи населению и реализованы продоволь­ственные программы, что при сравнительно высокой рождаемости привело к снижению смертности. Разница в показателях рождаемости и смертности в развитых странах значительно меньше, чем в развивающихся странах, что объясняет высокие годовые приросты численности населения в разви­вающихся странах по сравнению с развитыми странами.

По оценкам демографов в первые два - три десятилетия XXI века общая численность людей на планете увеличится приблизительно вдвое, причем население развитых стран увеличится незначительно, а основной прирост народонаселения придется на развивающиеся страны.

Гомеостаз – это способность популяции поддерживать относительного постоянства своей структуры и численности при изменяющихся условий среды обитания. Саморегулирование популяции осуществляется взаимодействием биотического потенциала и сопротивлением средовых факторов, Биотический потенциал-это свойства популяции, способствующие увеличению численности популяции: рождаемость, способность к расселению, защитные механизмы и др, Сопротивление среды осуществляется совокупностью факторов, снижающих численность популяции,

Тема – 4. Экология сообществ – синэкология

Цель лекции:Сформировать целостное представление об структуре и функционировании сообществ живых организмов.

Основные вопросы:1.Основные понятия синэкологии:2.Видовая структура биоценозов в природных экосистемах,.3.Отношения организмов в в биоценозах. 4.Типы бюиотических связей.5.Экологическая сукцессия.6. Экосистема и типы экосистем.6.Функции экосистем:энергетический обмен и круговорот веществ, целостность и устойчивость экосистем.7,Биологическая продуктивность экосистемы. 8.Экологические пирамиды.

Подобно тому, как отдельные особи не могут существовать в природе вне популяции, так и популяции не могут существовать в определенном месте обособленно от популяций других ви­дов, т.е. вне биогеоценоза. В природе популяции разных видов интегрируются в макросистемы более высокого ранга- в сообщества, или биоценозы. Биоценоз(от греч.-жизнь,-общий)-это организованная группа популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих совместно в одних и тех же условиях среды. Понятие «биоценоз» предложено в 1877г. немецким зоологом К. Мебиусом.

Биотоп(экотоп)- относительно однородное по абиотическим факторам среды пространство, занятое биоценозом.

Биогеоценоз -это комплекс взаимосвязанных и взаимодействующих популяций разных видов, обитающих на определенной территории с относительно однородны­ми условиями существования. С точки зрения понятия биогеоценоза эта тер­ритория с относительно однородными условиями существования ранее была определена как биотоп.. Например, биото­пом популяций лесных видов растений и животных является лес, который естественным образом разделяется на участки - стации, занятые различны­ми древесными породами (сосна, береза, лиственница), для каждой из кото­рых характерны определенные условия произрастания, отличающиеся раз­ными почвами, влажностью и др.

Экологическая ниша-это положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биотических связей и требований к абиотическим факторам среды

Понятие экосистемы является одним из основных понятий в современной экологии. Термин "экосистема" был введен в употребление А. Тенсли в 1935 г., спустя более полувека после выделения экологии как самостоятельной отрасли научных знаний (1866). Экологической системой называется совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом, обусловленной обменом веществ и распределением потока энергии. Следовательно, в биологическом смысле под экосистемой понимается любая система, включающая в свой состав сообщества живых существ и среду их обитания, объединенные в единое функциональное целое.

Каждая экосистема характеризуется совокупностью свойств и структурой. С точки зрения изучения проблем устойчивого функционирования экосистем интерес представляют такие основные свойства, как способность к образованию живого вещества из компонентов неживой природы, способность осуществлять круговорот веществ в экосистеме, видовое разнообразие, способность поддерживать ее нормальное функционирование в условиях изменяющейся среды обитания и др. Важнейшей с точки зрения организации экосистем является их видовая структура.

Виды экосистем. Экосистема- сложный объект, при изучении которого используют методы системного анализа. Классификация таких сложных систем должна проводиться по различным основаниям, или признакам деления на классы. По пространственному масштабу выделяются экосистемы различного ранга: микроэкосистемы, мезоэкосистемы, макроэкосистемы и глобальная экосистема. Наименьший ранг имеют микроэкосистемы, примерами которых могут служить маленький водоем, труп животного с населяющими его организмами или ствол упавшего дерева в стадии биологического разложения, домашний аквариум и даже лужица или капля воды, пока в них присутствуют живые организмы, способные осуществлять круговорот веществ. Экосистемы промежуточного ранга называются мезоэкосистемами (лес, пруд, река и т.п.). Макроэкосистемы имеют большой пространственный масштаб и связаны с крупными географическими объектами, составляющими по размерам значительную часть земной поверхности (например, океан, континент и т.п.). Самый большой ранг имеет глобальная экосистема, эквивалентная биосфере Земли в целом. Таким образом, более крупные экосистемы включают в себя экосистемы меньшего ранга.

По характеру среды обитания сообществ живых организмов природные (естественные) экосистемы разделяют на наземные и водные, среди последних иногда выделяют пресноводные и морские экосистемы. Основные экологические свойства экосистем существенно зависят от различия условий среды обитания (географических, гидрографических, климатических, почвенных и др). Поэтому указанные виды природных экосистем разделяются в свою очередь на различные типы экосистем. В классе наземных экосистем выделяют тундровые, таежные, степные и др., а пресноводные экосистемы делят на озерные, речные, болотные и т.п.

Для удобства рассмотрения некоторых особенностей взаимодействия общества и природы в рамках изучаемой дисциплины по степени антропогенного воздействия на природную среду будем различать три следующих вида экосистем: природные, социоприродные и антропогенные. Природные экосистемы, рассмотренные выше, - это естественные экосистемы, при изучении которых не учитываются какие бы то ни было антропогенные воздействия. К антропогенным будем относить искусственные экосистемы, непосредственно и целенаправленно созданные человеком для удовлетворения своих потребностей. Их удобно разделять на техногенные и агроэкосистемы. К техногенным относятся экосистемы, целенаправленно созданные для решения определенных задач охраны окружающей среды и природопользования, например, сложные очистные сооружения и комплексы биологической очистки сточных вод во многих крупных городах мира. Агроэкосистемы создаются практически во всех странах и предназначены для резкого повышения плодородия земель и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур на основе химизации и применения новых технологий сельскохозяйственного производства.

Под социоприродными понимаются экосистемы, которые формируются не в результате целенаправленной деятельности человека, а возникают опосредованно вследствие взаимодействия человеческого общества с природной средой. Неосознанная деятельность человека, связанная с удовлетворением его постоянно растущих потребностей, приводит к тому, что естественные экосистемы в окружающей его среде трансформируются (преобразуются) в социоприродные экосистемы, состоящие из живой и неживой природы и неприроды, т.е. культуры. Особенностью рассмотрения социоприродных экосистем является включение в состав экосистемы человека как носителя культуры. Необходимость такого социоприродного подхода к рассмотрению экосистем в современной экологии обусловлена и тем, что человек в современных условиях стал геологической преобразующей силой, без учета которой невозможно разрабатывать стратегии устойчивого развития цивилизации и рационального природопользования.

Видовая структура природных экосистем. Под видовой структурой экосистемы понимается перечень видов организмов, образующих экосистему, и соотношение их численностей. Видовое разнообразие обычно тем значительнее, чем разнообразнее и богаче условия (биотоп) экосистемы. В этом отношении самыми богатыми по видовому разнообразию являются, например, экосистемы дождевых тропических лесов.

Виды, явно преобладающие по численности особей, называются доминантными. Наряду с доминантами в экосистемах выделяются виды-эдификаторы (от лат. строитель), которые являются основными образователями среды, или, как говорят, средообразующие виды. Обычно вид-доминант одновременно является и эдификатором. Например, ель в еловом лесу наряду с доминантностью обладает высокими эдификаторными свойствами, которые выражаются в ее способности сильно затенять почву, создавать кислую среду своими корневыми выделениями и при разложении мертвого органического вещества образовывать специфические для кислой среды подзолистые почвы. Вследствие высоких эдификаторных свойств ели под ее пологом могут жить только такие виды растений, которые способны мириться со скудным освещением (теневыносливые и тенелюбивые). В то же время под пологом елового леса доминантным видом может быть, например, черника, но она не является существенным эдификатором.

Видовую структуру обычно используют для оценки условий состояния экосистем по видам - индикаторам (от лат. указатель). Так, для лесной зоны кислица указывает на условия увлажнения, близкие к оптимальным, и значительное богатство почв питательными минеральными веществами; черника - на несколько избыточное увлажнение и некоторый дефицит элементов минерального питания; брусника - на дефицит увлажнения и почвенного плодородия; мхи (кукушкин лен и особенно сфагнум) - на чрезмерно избыточное увлажнение, дефицит минеральных веществ, недостаток кислорода для дыхания корней и наличие процессовторфообразования. Наряду с индикаторами меняется состав и других видов, произрастающих под пологом эдификаторов.По растениям-эдификаторам или доминантам и растениям-индикаторам обычно дают названия природным экосистемам. Например, лесоводы по ним определяют типы леса (например, ельники-кисличники, ельники-черничники и др.). По такому же принципу классифицируются и называются другие экосистемы. Например, для степей выделяются типчаково-ковыльные, злаково-разнотравные и другие системы.

Соотношение между понятиями экосистемы и биогеоценоза. Биогеоценоз представляет собой комплекс взаимосвязанных видов организмов (популяций разных видов), обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существованиями. Как и биогеоценоз, экосистема в биологическом смысле является совокупностью взаимосвязанных живых существ и среды их обитания, образующих единое целое. Однако основу биогеоценоза составляют зеленые растения, производящие живое органическое вещество Примеры биогеоценозов - однородные участки леса, луга, степи, болота и т.п.

Экосистема, по определению, может и не включать растительные организмы в свой видовой состав. Таким примером являются природные экосистемы, формирующиеся на базе разлагающихся органических остатков, гниющих в лесу деревьев, трупов животных и т.п.. Таким образом, каждый биогеоценоз может быть назван экосистемой, но не каждая экосистема является биогеоценозом.

Биогеоценозы и экосистемы могут различаться и по временному фактору (продолжительности существования). Любой биогеоценоз потенциально бессмертен, поскольку все время пополняется энергией за счет деятельности растительных организмов. В то же время экосистемы, в составе которых отсутствует растительное звено, заканчивают свое существование одновременно с высвобождением в процессе разложения органического субстрата всей содержащейся в нем энергии.

Отношения организмов в биоценозах:трофическая(пищевая),топическое-пространственное расположение, форическое-по расселению и фабрическое-строительное.

.Типы биотических взаимотношений: нейтрализм, аменсализм-односторенное угнетение одного вида другим, комменсализм=- односторенное благориятствование одного вида другому виду, конкуренция , ресурс- эплуататор(жертва- хищник), мутуализм(симбиоз)- взаимное благориятствование.

Тема – 5. Учение о биосфера

Цель лекции: Сформировать целостное представление о структуре и функционировании биосферы и основных закономерностях взаимодействий ее компонентов.

Основные вопросы1.Формирование концепции биосферы;2.Учение В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере:3.Живое вещество биосферы и его фунции.4.Биологический и геологический круговороты веществ в биосфере.5. Концепция антропогенного воздействия как мощного геологического и геохимического фактора.6.Возникновение и развитие ноосферы.7Современная биосфера.8.Рост производства и нагрузки на окружающую среду.

Впервые понятие «биосфера» (от греч. — жизнь и — шар) в качестве термина — австрийским ученым Э. Зюссом (1875). Заслуга в разработке стройного, целостного научного учения о биосфере, как «области жиз­ни», принадлежит академику В.И. Вернадскому (1863— 1945). Под биосферой он понимал область существования живого вещества. Он назвал биосферой оболочку Земли, в формировании которой живые организмы играли и играют основную роль. «Жизнь захватывает значительную часть атомов, составляющих материю земной поверхно­сти, — писал В.И. Вернадский. — Под ее влиянием эти атомы находятся в непрерывном, интенсивном движении. Из них все время создаются миллионы, разнообразнейших соединений. И этот процесс длится без перерыва десятки миллионов лет, от древнейших археозойских эр до нашего времени. На земной поверхности нет химической силы, бо­лее постоянно действующей, а потому и более могуще­ственной по своим конечным последствиям, чем живые ор­ганизмы, взятые в целом».

Таким образом, живым организмам Вернадский отводил роль главнейшей преобразующей силы. При этом в понятие биосферы включается преобразующая деятельность орга­низмов не только в границах распространения жизни в нас­тоящее время (современная биосфера, или необиосфера), но и в прошлом (былые биосферы, или палеобиосферы). В та­ком случае под биосферой понимается все пространство (оболочка Земли), где существует либо когда-то существо­вала жизнь, т.е. где встречаются живые организмы или про­дукты их жизнедеятельности.

Современная биосфера представляет собой сложную сис­тему, состоящую из многих компонентов, которые включа­ют всю живую и неживую (среду обитания) природу. Она охватывает часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы, взаимосвязанные биогеохимическими цикла­ми миграции веществ и энергии.

Границы биосферы. Верхняя граница биосферы в ат­мосфере определяется высотой 20—25 км — слоем озона; озоновый экран защищает все живое на Земле от ультрафи­олетового излучения Солнца. Споры некоторых бактерий и плесневых грибов были обнаружены на высоте до 22 км.

В гидросфере границы доходят до максимальных глубин, жизнь встречается на дне океанических впадин, до 10—11 км от поверхности, где температура около 0°С.

В литосфере жизнь ограничивается прежде всего, тем­пературой горных пород, постоянно возрастающей с глуби­ной. В породах земной коры бактерии были обнаружены на глубине 4 км.

В пределах биосферы выделяется биогеосфера («пленка жизни», «слой сгущения жизни», «биогеоценотический покров») — своеобразная оболочка земного шара, где скон­центрировано живое вещество планеты. В отличие от биосферы биогеосфера — это только область высокой кон­центрации живого вещества и располагается она на грани­це поверхности земной коры с атмосферой и в верхней ча­сти водной оболочки, занимая слой толщиной от несколь­ких метров (тундра, степь, пустыня) до сотен метров (леса, моря).

В основу учения Вернадского о биосфере положено представление о планетарной геохимической роли живого вещества в образовании биосферы как продукта длительно­го превращения веществ и энергии в ходе геологического развития Земли. В пределах биосферы везде встречается либо само живое вещество, либо следы его деятельности: га­зы атмосферы; природная вода; запасы нефти, угля, извест­няка, глины, сланцы, торф и т.д.

До трудов Вернадского в геологических явлениях и эво­люции верхних слоев литосферы (земной коры) первенство отводилось физико-химическим процессам выветривания. В.И. Вернадский показал первостепенную преобразующую роль живых организмов и обусловливаемых ими механиз­мов разрушения горных пород, круговорота веществ, изме­нения водной и атмосферной оболочек Земли.

Общая характеристика биосферы. Биосфера (по В.И. Вернадско­му) - оболочка Земли, включающая как oблaсти, где встречаются живые вещества, так и само это вещество. Здесь под живым веществом понимается совокупность всех организмов, населяющих Землю. Понятие биосфе­ры несколько условно, так как кроме естественных мест существования орга­нической жизни, создаются и искусственные (космические корабли, подвод­ные лодки) "островки жизни.» Органическая жизнь сосредоточена в трех косных (неживых) географических оболочках - геосферах Земли (литосфера, гидросфера, атмосфера). Инструмент фотосинтеза -живой организм преобразуют углекислый газ, воду и минеральные соли в биомассу живую, используя солнечную энергию для образования органических веществ из неорганических соединений и углекислого газа и называемые aвтотрофами (самопитающиеся), преобразуют энергию солнечного света в биохимическую энергию, запасая ее в виде энергии химических_связей_в сложных органических веществах. Большинство бактерий, грибы, животные, нуждающиеся для своего роста и разви­тия в готовых органических соединениях, называются гетеротрофами, т.е. питающиеся другими организмами.

Кроме фотосинтеза, другим важнейшим для существования жизни про- цессом в биосфере является круговорот веществ, осуществляемым благо­ даря наличию в биосфере автотрофов, создающих органические вещества из неорганических, и гетеротрофов,, которые используют эти органические соединения, пополняя

запас неорганических веществ в биосфере. Следовательно фотосинтез и круговорот ве­ществ - это два основных фактора существования биосферы Земли.

Структура биосферы. Функции и свойства живого вещества

В.И. Вернадский считал, что вещество биосферы состоит из семи глубоко разнородных частей, но геологически не случайных: живое вещество, биогенное, косное, биокосное, вещество в радиоактивном распаде, вещество рассеянных атомов и вещество космического происхождения. Наиболее важными являются первые четыре.

Живое вещество. Этот термин введен в литературу В.И. Вернадским. Под ним он понимал совокупность всех живых организмов, выраженную через массу, энергию и химический состав.

Биогенное вещество (уголь, нефть, известняки, торф, сланцы и др.) — органические и органоминеральные веще­ства, созданные живыми организмами на протяжении гео­логической истории Земли и являющиеся источником чрезвычайно мощной энергии.

Косное вещество представляет субстрат или среду обита­ния живых организмов, хотя образовано процессами, в ко­торых живое вещёствсГне принимало участия.

Биокосное вещество образовано в результате синтеза живого и неживого (косногоХ вещества (кора выветрива­ния, почвы, илы, природные воды, осадочные породы и другие). Соотношение живого и косного в биокосном веще­стве варьирует. Например, почва в среднем состоит из 93% косных и 7% органических веществ.

Живое вещество — основа биосферы, хотя и составляет крайне незначительную ее часть (0,01% от массы всей био­сферы). По Вернадскому, живое вещество это совокуп­ность существующих (или существовавших в определен­ный отрезок времени) живых организмов, являющихся мощным геологическим фактором. Живое вещество

биос­феры химически и геологически является чрезвычайно ак­тивным. Различают пять основных функций живого веще­ства на нашей планете.

1. Энергетическая функция заключается в осуществле­нии связи биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, с солнечной радиацией. В основе этой функ­ции лежит фотосинтез зеленых растений, в процессе кото­рого происходит аккумуляция солнечной энергии и перера­спределение ее между отдельными компонентами биосфе-

ры. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.

  1. Газовая функция обусловливает миграцию газов и ихпревращение, обеспечивает газовый состав атмосферы. Пре­обладающая масса газов на Земле имеет биогенное проис­хождение. В процессе функционирования живого вещества,создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ,сероводород, метан и другие. С газовой функцией связыва­ют два переломных периода в развитии биосферы. Первыйиз них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от овременного уровня (первая точка Пастера), что произошло около 1,2 млрд лет назад. Это обусловило появление первых аэробных организ­мов. С этого времени восстановительные процессы дополни­лись окислительными. Второй переломный период связы­вают со временем, когда концентрация кислорода достигла примерно 10% от современной (вторая точка Пастера), что создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в атмосфере. Это обусловило выход организмов из воды на сушу. До этого времени функцию защиты организмов от губительных льтрафиолетовых лучей выполняла вода.

  2. Окислительно-восстановительная функция связана синтенсификацией под влиянием живого вещества процес­сов окисления (благодаря обогащению среды кислородом) ивосстановления, — когда идет разложение органических веществ при дефиците кислорода, что сопровождается об­разованием и накоплением сероводорода.

  3. Концентрационная функция проявляется в способ­ности организмов концентрировать в своем теле рассеян­ные химические элементы, повышая их содержание посравнению с окружающей средой на несколько порядков. Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества планеты. В нем преобладают легкие ато­мы водорода, углерода, кислорода, натрия, магния, серы, хлора, калия, фосфора, кальция. Концентрация этих эле­ментов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз вы­ше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднород­ность химического состава биосферы. Результат концент­рационной деятельности — залежи торфа, углей, известня­ков, мела, рудные месторождения и другие. Деструкционная функция обусловливает процессы, свя­занные с разложением органических веществ после смерти,вследствие чего происходит минерализация органического вещества, т. е. превращение живого вещества в косное. В ре­зультате образуются также биогенное и биокосное вещества биосферы. Основной механизм этой функции связан с круго­воротом веществ. Наиболее существенную роль в этом отно­шении выполняют низшие формы жизни — грибы, бактерии (деструкторы, редуценты).

Биологический и геологический круговороты

Все вещества на планете находятся в процессе кругово­рота. Солнечная энергия вызывает на Земле два круговоро­та веществ: большой (геологический, биосферный) и малый (биологический).

Большой круговорот веществ в биосфере характеризует­ся двумя важными моментами: он осуществляется на про­тяжении всего геологического развития Земли и представ­ляет собой современный планетарный процесс, принимаю­щий ведущее участие в дальнейшем развитии биосферы.

Геологический круговорот связан с образованием и раз­рушением горных пород и последующим перемещением продуктов разрушения — обломочного материала и хими­ческих элементов. Значительную роль в этих процессах иг­рали и продолжают играть термические свойства поверх­ности суши и воды: поглощение и отражение солнечных лу­чей, теплопроводность и теплоемкость. Неустойчивый гид­ротермический режим поверхности Земли вместе с плане­тарной системой циркуляции атмосферы обусловливал гео­логический круговорот веществ, который на начальном этапе развития Земли, наряду с эндогенными процессами, был связан с формированием континентов, океанов и совре­менных геосфер. Со становлением биосферы в большой кру­говорот включились продукты жизнедеятельности орга­низмов. Геологический круговорот поставляет живым ор­ганизмам элементы питания и во многом определяет усло­вия их существования.

Главные химические элементы литосферы: кислород, кремний, алюминий, железо, магний, натрий, калий и дру­гие — участвуют в большом круговороте, проходя от глу­бинных частей верхней мантии до поверхности литосферы. Магматическая порода, возникшая при кристаллизации магмы, поступив на поверхность литосферы из глубин Зем­ли, подвергается разложению, выветриванию в области био­сферы. Продукты выветривания переходят в подвижное состояние, сносятся водами, ветром в пониженные места рельефа, попадают в реки, океан и образуют мощные толщи осадочных пород, которые со временем, погружаясь на глу­бину в областях с повышенной температурой и давлением, подвергаются метаморфозу, т. е. «переплавляются». При этой переплавке возникает новая метаморфическая порода, поступающая в верхние горизонты земной коры и вновь входящая в круговорот веществ (рис. ).

Наиболее интенсивному и быстрому круговороту подвер­гаются легкоподвижные вещества — газы и природные во­ды, составляющие атмосферу и гидросферу планеты. Зна­чительно медленнее совершает круговорот материал литос­феры. В целом каждый круговорот любого химического элемента является частью общего большого круговорота ве­ществ на Земле, и все они тесно связаны между собой. Жи­вое вещество биосферы в этом круговороте выполняет ог­ромную работу по перераспределению химических элемен­тов, беспрерывно циркулирующих в биосфере, переходя из внешней среды в организмы и снова во внешнюю среду.

Малый, или биологический, круговорот веществ — это

циркуляция веществ между растениями, животными, гриба­ми, микроорганизмами и почвой. Суть биологического круго­ворота заключается в протекании двух противоположных, но взаимосвязанных процессов — создания органических ве­ществ и их разрушения. Начальный этап возникновения ор­ганических веществ обусловлен фотосинтезом зеленых расте­ний, т. е. образованием живого вещества из углекислого газа, воды и простых минеральных соединений с использованием энергии Солнца. Растения (продуценты) извлекают из почвы в растворе молекулы серы, фосфора, кальция, калия, маг­ния, марганца, кремния, алюминия, цинка, меди и других элементов. Растительноядные животные (консументы I по­рядка) поглощают соединения этих элементов уже в виде пи­щи растительного происхождения. Хищники (консументы II порядка) питаются растительноядными животными, потреб­ляя пищу более сложного состава, включающую белки, жи­ры, аминокислоты и другие вещества. В процессе разруше­ния микроорганизмами (редуцентами) органических ве­ществ отмерших растений и останков животных, в почву и водную среду поступают простые минеральные соединения, доступные для усвоения растениям, и начинается следую­щий виток биологического круговорота (рис. 33).

Возникновение и развитие ноосферы

Эволюция органического мира на Земле прошла несколько этапов.Первый –связан с возникновением биологического круговорота веществ в биосфере. Второй- сопровождался формированием многоклеточных организмов. Эти два этапа называют биогенезом.Третий этап связан с появлением человеческого общества, под влиянием которого в современных условиях происходит эволюция биосферы и превращение ее в сферу разума-ноосферу(от гр.-разум,-шар). Ноосфера- новое состояние биосферы, когда разумная деятельность человека становится главным фактором, обуславливающим ее развитие. Термин «»ноосфера» был введен Э. Леруа. В. И. Вернадский углубил и развил учение о ноосфере. Он писал: «Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете.В ней человек становится крупной геологической силой». В. И. Вернадский выделил необходимые предпосылки для создания ноосферы:1.Человечество стало единым целым.2.Возможность мгновенного обмена информацией.3.Реальное равенство людей.4.Рост общего уровня жизни.5.Использование новых видов энергии. 6.Исключение войн из жизни общества. Создание этих предпосылок становится возможным в результате взрыва научной мысли в ХХ веке.

Тема – 6. Природа – человек: системный подход. Цель лекции: Сформировать целостное представление о системных постулатах экологии.

Основные вопросы:1.Понятие о системе и о сложных биосистемах.2.Особенности биологических систем.3.Системные постулаты: закон всеобщей связи, экологические законы Б. Коммонера, Закон больших чисел, Принцип Ле Шателье, Закон обратной связи в природе и закон константности количества живого вещества.4.Модели взаимодействий в системах «природа- человек» и « человек-экономика-биота-среда».

Экологическая система – главный объект экологии. Экология по своей сущности системна и в теоретическом облике близка к общей теории систем. Согласно общей теории систем система- это реальная или мыслимая совокупность частей , целостные свойства которой определяются взаимодействием между частями (элементами) системы. В реальной жизни ,систему определяют как совокуность объектов, объединенных некоторой формой регулярного взаимодействий или взаимозависимости для выполнения заданной функции. В материальном существуют определенные иерархии-упорядоченные последовательности пространственно-временного соподчинения и усложнения систем. Все многообразия нашего мира представить в виде трех последовательно возникших иерархий. Это основная,природная, физико- химико- биологическая(Ф,Х,Б) иерархия и побочные две, возникшие на ее основе, социальная (С) и техническая (Т) иерархии. Существование последних по совокупно­сти обратных связей определенным образом влияет на основную иерархию. Объединение систем из разных иерархий приводит к «смешанным» классам систем. Так, объединение систем из физико-химической части иерархии (Ф, X — «среда») с живыми системами биологической части иерархии (Б — «биота») приводит к смешан­ному классу систем, называемых экологическими. А объединение систем из иерархий С

(«человек») и Т («техника») приводит к клас­су хозяйственных, или технико-экономических, систем.

Рис. . Иерархии материальных систем:

Ф, X — физико-химическая, Б — биологическая, С — социальная, Т — техническая

Должно быть понятно, что отображенное на схеме воздействие человеческого общества на природу, опосредованное техникой и технологиями (техногенез), относится ко всей иерархии природных систем: нижняя ветвь — к абиотической среде, верхняя — к биоте биосферы. Ниже будет рассмотрена сопряженность экологических и технико-экономических сторон этого взаимодействия.

Всем системам присущи некоторые общие свойства:

1. Каждая система имеет определенную структуру, определяе­мую формой пространственно-временных связей или взаимодейст вий между элементами системы. Структурная упорядоченность сама по себе не определяет организацию системы. Систему можно на­звать организованной, если ее существование либо необходимо для поддержания некоторой функциональной (выполняющей опреде­ленную работу) структуры, либо, напротив, зависит от деятельности такой структуры.

  1. Согласно принципу необходимого разнообразия система не мо­жет состоять из идентичных элементов, лишенных индивидуально­сти. Нижний предел разнообразия — не менее двух элементов (про­тон и электрон, белок и нуклеиновая кислота, «он» и «она»), верх­ний — бесконечность. Разнообразие — важнейшая информацион­ная характеристика системы. Оно отличается от числа разновидно­стей элементов и может быть измерено.3.Свойства системы невозможно постичь лишь на основании свойств ее частей. Решающее значение имеет именно взаимодейст­вие между элементами. По отдельным деталям машины перед сбор­кой нельзя судить о ее действии. Изучая по отдельности некоторые формы грибов и водорослей, нельзя предсказать существование их симбиоза в виде лишайника. Совместное действие двух или более различных факторов на организм почти всегда отличается от суммы их раздельных эффектов. Степень несводимости свойств системы к сумме свойств отдельных элементов, из которых она состоит, опре­деляет эмерджентность системы.

4.Выделение системы делит ее мир на две части — саму систе­му и ее среду. В зависимости от наличия (отсутствия) обмена веще­ством, энергией и информацией со средой принципиально возмож­ны: изолированные системы (никакой обмен невозможен); замкну­тые системы (невозможен обмен веществом); открытые системы(возможен обмен веществом и энергией). Обмен энергии определя­ет обмен информацией. В живой природе существуют только от­крытые динамические системы, между внутренними элементами ко­торых и элементами среды осуществляются переносы вещества, энергии и информации. Любая живая система — от вируса до биосферы — представляет собой открытую динамическую систему.

5. Преобладание внутренних взаимодействий в системе над внешними и лабильность системы по отношению к внешним воз­ действиям определяют ее способность к самосохранению благодаря качествам организованности, выносливости и устойчивости. Внеш­нее воздействие на систему, превосходящее силу и гибкость еевнутренних взаимодействий, приводит к необратимым изменениям и гибели системы. Устойчивость динамической системы поддержи­вается непрерывно выполняемой ею внешней циклической работой. Для этого необходимы поток и преобразование энергии в сие. теме. Вероятность достижения главной цели системы — самосохранения (в том числе и путем самовоспроизведения) определяется кaк ее потенциальная эффективность.

6. Действие системы во времени называют ее поведением. Вызванное внешним фактором изменение поведения обозначают как реакцию системы, а изменение реакции системы, связанное с изменением структуры и направленное на стабилизацию поведения, -.как ее приспособление, или адаптацию. Закрепление адаптивных изменений структуры и связей системы во времени, при котором ее потенциальная эффективность увеличивается, рассматривается кaк развитие, или эволюция, системы. Возникновение и существование всех материальных систем в природе обусловлено эволюцией. Динамические системы эволюционируют в направлении от более вероятной к менее вероятной организации, т.е. развитие идет по пути усложнения организации и образования подсистем в структуре системы. В природе все формы поведения систем — от элементарной реакции до глобальной эволюции — существенно нелинейны. Важной особенностью эволюции сложных систем является неравномерность, отсутствие монотонности. Периоды постепенного накопления незначительных изменений иногда прерываются резкими качественными скачками, существенно меняющими свойства системы. Обычно они связаны с так называемыми точками бифуркации — раздвоением, расщеплением прежнего пути эволюции. 0т выбора того или иного продолжения пути в точке бифуркации очень многое зависит, вплоть до появления и процветания нового мира частиц, веществ, организмов, социумов или, наоборот, гибели системы. Даже для решающих систем результат выбора часто непредсказуем, а сам выбор в точке бифуркации может быть обусловлен случайным импульсом. Любая реальная система может быть представлена в виде некоторого материального подобия или знакового образа, т.е. соответственно аналоговой или знаковой моделью системы. Моделирование неизбежно сопровождается некоторым упрощением и формализацией взаимосвязей в системе. Эта формализация может быть осуществлена в виде логических (причинно-следственных) и/или математических (функциональных) отношений .По мере возрастания сложности систем у них появляются новые эмерджентные качества. При этом сохраняются качества более простых систем. Поэтому общее разнообразие качеств системы возрастает по мере ее усложнения (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Закономерности изменений свойств иерархий систем с повышением их уровня (по Флейшману, 1982):

1 — разнообразие, 2 — устойчивость, 3 — эмерджентность, 4 — сложность, 5 — неидентичность, 6 — распространенность

В порядке возрастания активности по отношению к внешним воз­действиям качества системы могут быть упорядочены в следующей последовательности: 1 — устойчивость, 2 — надежность, обусловлен­ная информированностью о среде (помехоустойчивость), 3 — управляемость, 4 — самоорганизация. В этом ряду каждое последующее ка­чество имеет смысл при наличии предыдущего.

Пар Сложность структуры системы опреде­ляется числом п ее элементов и числом т

связей между ними. Если в какой-либо системе исследуется число частных дискретных состояний, то сложность системы С определя­ется логарифмом числа связей:

C=lgm. (2.1)

Системы условно классифицируются по сложности следующим образом: 1) системы, имеющие до тысячи состояний (О < 3), относятся к простым; 2) системы, имеющие до миллиона состояний (3 < С < 6), являют собой сложные системы; 3) системы с числом состояний свыше миллиона (С > 6) идентифицируются как очень сложные.

Все реальные природные биосистемы очень сложны. Даже в структуре единичного вируса число биологически значимых моле­кулярных состояний превышает последнее значение.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.