1.2. План семінарського заняття

1. Виникнення екології як самостійної науки. Хто був її засновником, яке коло проблем вивчалося екологією на початку ХХ ст.?

2. Що вплинуло на розвиток науки? Як змінювався предмет її вивчення?

3. Як формулюється предмет вивчення екології на нинішньому етапі?

4. Які підрозділи має комплекс екологічних наук сьогодні?

5. Якими методами користуються вчені у своїх дослідженнях?

1.3. Термінологічний словник

Екологія глобальна — розділ екології, який вивчає екологічні проблеми Землі в цілому.

Екологія динамічна — розділ екології, який досліджує основні сучасні закономірності взаємовідношення організмів та їхніх популяцій з природним середовищем.

Екологія містобудівництва — вивчення процесів формування середовища проживання людини у зв’язку з розвитком міст і систем розселення, а також у зв’язку з можливими межами і наслідками змін, спричинених цими процесами.

Внутрішнє середовище приміщень у це поняття не входить. Його вивчає особлива галузь науки — екістика.

Екологія прикладна — розроблення норм використання природних ресурсів і середовища проживання, допустимих навантажень на них, форм управління екосистемами різного ієрархічного рівня. У ширшому тлумаченні вивчення механізмів руйнування біосфери людиною, способів попередження цих процесів і розроблення принципів раціонального використання природних ресурсів.

Екологія промислова (інженерна) — дисципліна, що вивчає вплив промисловості (іноді всіх галузей народного господарства) — від окремих підприємств до техносфери — на природу і, навпаки, вплив умов природного середовища на функціонування підприємств та їхніх комплексів.

Див.: Реймерс Н. Ф. Природопользование: Словарь-справочник.

1.4. Навчальні завдання

1. З’ясуйте предмет вивчення екології як науки, прослідкуйте його динаміку.

2. Ознайомтесь із комплексом екологічних наук на нинішньому етапі розвитку науки (рис. 1).

3. Користуючись текстом посібника, проаналізуйте специфіку методів дослідження екології.

1.5. Завдання для перевірки знань

1. Коли виникла екологія? Хто був її засновником?

2. Чому необхідно обґрунтувати нову сферу знань?

3. Що вивчала екологія спочатку?

4. Які зміни сталися на Землі у ХХ ст.? Як це вплинуло на предмет вивчення екології?

5. Чому екологія вважається міждисциплінарною наукою?

6. Який комплекс методів використовує нині екологія?

7. У чому полягає сутність аерокосмічних методів дослідження? Які можливості й переваги мають аерокосмічні методи дослідження?

8. Яку роль відіграють картографічні методи дослідження екологічних проблем?

Література

1 — с. 3 — 12; 2 — с. 82 — 102, 293 — 326; 25 — с. 3 — 25; 29 — с. 592 — 597; 33 — с. 3 — 19; 37 — с. 3 — 24.

Тема 2. Наукові основи раціонального природокористування. Екосистеми та їхня структура

2.1. Методичні вказівки

Ця тема — одна з основних у цьому курсі, а тому її вивченню необхідно приділити особливу увагу. Дуже важливим є засвоєння основних понять і термінів, таких як «екосистеми», «навколишнє середовище», «біос­фера», «ноосфера», «природокористування», «диференційна рента», «ка­дастри природних ресурсів» тощо.

2.1.1. Екосистема та її структура

Поняття екосистеми є визначальним в екології. Екосистему утворюють сукупність живих організмів і неживе середовище. Поняття в науці сформувалося поступово. У 1877 р. обмежену одиницю, розміри якої достатньо малі для досконального вивчення, К. Мебіус назвав біоценозом. У 1887 р. Стефан Форбс, описуючи озеро, визначив характерні риси такої системи: по-перше, вона складається з усіх організмів, які проживають у цьому районі, а також із навколишнього фізичного і хімічного середовища; по-друге, всі компоненти екосистеми взаємодіють між собою і впливають один на одного. Учені дійшли висновку, що всяка одиниця (біосистема), яка містить усі організми, що функціонують разом на даній ділянці, і яка взаємодіє з фізичним середовищем у такий спосіб, що потік енергії створює чітко визначені біотичні структури і кругообіг речовин між живою і неживою частинами, і є екологічною системою, або екосистемою. Для зручності вчені розглядають екосистему як ізольовану одиницю (рілля, озеро, пасовище, струмок тощо), проте фактично різні компоненти постійно переміщуються з однієї екосистеми в іншу. Наприклад, в екосистему озера змиваються ґрунт і листя.

Крім природних екосистем, існують також штучні екосистеми, як-от: космічна станція, акваріум, вазон із кімнатною рослиною тощо.

У тих випадках, коли йдеться про природні біосистеми, які охоплюють певну територію, замість поняття «екосистема» в європейській, зокрема в російській та українській літературах, часто використовується термін «біогеоценоз», що його запропонував В. Н. Сукачов.

Необхідність створення цілеспрямованого потоку енергії, з одного боку, і кругообігу речовин — з іншого, накладає певні обмеження на підбір тих видів, які можуть утворювати екосистему. В основі будь-якої, навіть найпростішої, екосистеми лежить ланцюг живлення (трофічний ланцюг). Основні типи ланцюгів живлення — пасовищний і детритний. Пасовищний ланцюг живлення — це ряд живих організмів, у якому кожний вид живиться попередниками в ланцюзі та, своєю чергою, служить їжею для видів, які посідають вищий рівень. Початок пасовищного ланцюга — автотрофні (ті, що живляться самі) організми, які спроможні синтезувати складні органічні сполуки з неорганічних, використовуючи найчастіше енергію сонячного світла, — це зелені рослини і фотосинтезуючі бактерії.

Автотрофні організми утворюють верхній ярус, або «зелений пояс». Він є дуже важливою частиною сукупності, оскільки всі організми екосистеми так чи інакше залежать від постачання органічними речовинами, що їх синтезують рослини, і тому належать до гетеротрофів.

Ті організми, що живляться рослинами, належать до другого трофічного рівня; хижаки, які живляться травоїдними, — до третього. Добре відомі такі ланцюги живлення, як «трава — заєць — вовк», «рослини — комахи — птахи» тощо. Людина в цій класифікації, яка споживає і рослинну, і тваринну їжу, посідає проміжне становище між другим і третім трофічними рівнями.

У детритних ланцюгах організми споживають мертву органічну речовину, поступово розкладаючи її на чимраз простіші сполуки — аж до неорганічних. Присутність детритних ланцюгів живлення необхідна кожній системі, оскільки саме вони замикають кругообіг елементів, який без участі живих організмів відбувався б украй повільно. Вчені відносять ґрунти, де розкладаються речовини, коріння тощо, до нижнього коричневого ярусу.

Під біологічним кутом зору до складу екосистеми входять такі компоненти: неорганічні речовини, органічні сполуки, продуценти, макроконсументи, мікроконсументи та субстрактне середовище. Неорганічні речовини включаються в кругообіг. Живим організмам необхідні у порівняно великій кількості шість елементів: вуглець, кисень, азот, фосфор і сірка.

Органічні сполуки (білки, вуглеводи, ліпіди, гумус та ін.) об’єднують біотичну (живу) та абіотичну частини екосистеми. Це дуже важливі компоненти останньої. У процесі фотосинтезу зелені рослини використовують енергію сонячного світла для перетворення двох простих сполук із низьким умістом енергії (вуглекислий газ і вода) у складніші органічні сполуки, де частина сонячної енергії перебуває в запасі у формі хімічної енергії. У процесі фотосинтезу як побічний продукт утворюється кисень. Для здійснення фотосинтезу і створення складних органічних речовин зеленим рослинам необхідні не тільки сонячне світло, вода, вуглекислий газ, а й незначна кількість деяких мінеральних елементів, що розчинені у воді, оточують водні рослини або знаходяться у волозі ґрунту навколо коренів наземних рослин.

Органічні речовини, що утворюються в процесі фотосинтезу, можуть потім служити джерелом енергії для самої рослини або для якого-небудь організму, котрий живиться цією рослиною і в такий спосіб привласнює речовини, що містяться в рослині, використовуючи їх для задоволення власних потреб.

Органічні речовини — це не тільки джерело енергії, а й матеріал, що його використовує організм для побудови своїх тканин. Речовина та енергія в процесі фотосинтезу утворюють єдине ціле; продукти фотосинтезу можуть переходити від зелених рослин до інших організмів, що складають екосистему. Врешті-решт, продукти фотосинтезу розщеплюються в процесі дихання, а вивільнена при цьому енергія використовується для отримання поживних рослин та енергії, підтримання цілісності організму та його функцій, на ріст, рух, розвиток, розмноження тощо. Хімічні компоненти їжі — вуглекислий газ, вода і неорганічні речовини — можуть знову використовуватися зеленими рослинами, так що речовина в цій екосистемі може здійснювати безконечний кругообіг, і крок за кроком перетворюється в некорисну теплову енергію. Тому екосистемі потрібне постійне поновлення енергії ззовні.

Продуцентами в екосистемі називають зелені рослини, оскільки вони самі утворюють для себе їжу. На перший погляд здається, що зелені рослини незалежні від інших організмів; одначе вчені стверджують, що якби на Землі існували тільки зелені рослини, то, кінець кінцем, усі мінеральні речовини виявилися б зв’язаними в цих рослинах (у багатьох випадках — в їхніх мертвих рештках) і ріст рослин припинився б. Цього не відбувається тому, що інші організми — редуценти (або мікроконсументи) використовують поживні речовини, що містяться у мертвих рослинах, і як джерело енергії, і як їжу, розкладаючи при цьому органічні сполуки на простіші неорганічні. У такому вигляді їх здатні поглинати й використовувати живі рослини. До редуцентів належать бактерії, гриби, а також тварини, які живляться мертвими організмами, — деякі комахи, черва тощо.

Енергія та елементи живлення, що містяться в організмах живих продуцентів, споживаються в більшості природних екосистем не тільки редуцентами, а й макроконсументами, або фаготрофами. Макроконсументи — це гетеротрофічні організми, переважно тварини, які живляться іншими організмами або частинками органічної речовини. Серед них є травоїдні (тварини, що живляться рослинною їжею), всеїдні (тварини, що споживають як рослинну, так і тваринну їжу), м’ясоїдні, а також паразити.