4.Основные экологические понятия и термины.

Экология (от греч. oikos - дом, жилище, местопребывание и logos - учение, наука) - наука об отношении растительных и животных организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. Термин “экология” предложен в 1866 г. Эрнстом Геккелем, немецким биологом-эволюционистом. Объектом экологии могут быть популяции организмов, виды сообществ, экосистемы и биосфера в целом. В 20 веке в связи с усилившимся воздействием человека на природу экология приобрела особое значение как научная основа рационального природопользования и охраны живых организмов. С 70-х годов 20 века складывается экология человека, или социальная экология, изучающая закономерности взаимодействия общества и окружающей среды, а также практические проблемы ее охраны; включает различные философские, социальные, экономические, географические и другие аспекты. В этом смысле говорят об “экологизации” современной науки.

Основной (элементарной) функциональной единицей в экологии является ЭКОСИСТЕМА. Экосистема - это единый природный комплекс, образованный живыми организмами и их средой обитания, в котором все компоненты связаны обменом веществ и энергии. Например: экосистема леса, экосистема озера, экосистема пня, экосистема моря. Термин “экосистема” предложен Д. Тенсли в 1935 г.

Экосистема характеризуется видовым составом и численностью организмов в ней, то есть особенностями популяции. ПОПУЛЯЦИЯ - совокупность живых организмов одного вида (имеющих одинаковый генофонд), обитающих на общей территории на протяжении многих поколений.

Часто экосистему отождествляют с биогеоценозом, но экосистема - понятие более общее. БИОГЕОЦЕНОЗ (от лат. bios - жизнь, geo - Земля, cenos - общий) - однородный участок земной поверхности с определенным составом живых и неживых компонентов, объединенных в единую систему обменом веществ и энергии.

Компоненты биогеоценоза - биотоп и биоценоз.

БИОТОП - однородное по абиотическим факторам пространство среды, занятое биоценозом.

БИОЦЕНОЗ - объединение совместно проживающих живых организмов. Понятие “биоценоз” - условное, поскольку вне среды обитания организмы жить не могут, но им удобно пользоваться в процессе изучения экологических связей между организмами.

СРЕДА ОБИТАНИЯ - всё живое и неживое, что окружает организмы и с чем они непосредственно взаимодействуют.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ - элементы среды обитания, влияющие на существование и развитие организмов и на которые живые существа реагируют реакциями приспособления (за пределами способности приспособления наступает смерть).

Выделяют три основные группы экологических факторов:

1) Абиотические (от греч. а - затрудняющий, biotikos - живой) - совокупность неорганических условий среды обитания (неживая природная среда), включающая в себя факторы:

-химические (состав воздуха, воды, почвы и т.д.);

-физические (температура, свет, влажность, давление и т.п.).

2) Биотические - формы взаимодействий и взаимоотношений живых организмов ( например, один организм является пищей для других).

3) Антропогенные - формы деятельности человека, которые оказывают воздействие на живые организмы непосредственно или косвенно (за счет изменения среды обитания).

На жизнедеятельность организмов негативно влияет как недостаток так и избыток уровней действия окружающих факторов (закон оптимума) (рис.1.1).

Одни и те же экологические факторы по разному влияют на организмы разных видов, живущих вместе. Для одних они могут быть благоприятными, для других - нет. Важным элементом является реакция организмов на интенсивность действия экологического фактора, негативное действие которого может возникать в случае избытка или недостатка дозы. Поэтому существует понятие “благоприятная доза” или зона оптимума фактора и зона пессимума (доза фактора, при которой организм находится в угнетенном состоянии).

Величина зон оптимума и пессимумов является критерием для определения устойчивости и приспособления организма к данному экологическому фактору. Эти свойства получили название экологической валентности. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ВАЛЕНТНОСТЬ - способность живого организма приспосабливаться к изменению условий среды обитания.

Согласно закону толерантности* (В. Шелфорд, 1913 г.) “Существование вида зависит как от недостатка так и от избытка какого-либо из факторов, которые имеют уровень, близкий к границе устойчивости данного организма”.

* от латинского tolerantia - терпение

Уровень восприятия

фактора

Рис. 1.1 Иллюстрация закона оптимума

Особенно важное значение имеют ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ или ЛИМИТИРУЮЩИЕ факторы, под которыми понимаются факторы, уровень которых приближается к границе устойчивости организма или его превышает.

Экологическая валентность разных видов может быть очень разной (северный олень выдерживает колебания температуры воздуха от -55⁰С до +25-30⁰С, а тропические кораллы погибают уже при изменении температуры воды на 5-6⁰С). Согласно экологической валентности организмы делят на стенобионты (от греч. stenos - узкий) - с малой приспособляемостью к изменениям среды обитания (орхидеи, форель, глубоководные рыбы) и эврибионты (от греч. eurys - широкий) с большой приспособляемостью к изменениям (колорадский жук, мыши, крысы, волки, пырей).

Наиболее распространены организмы с широким диапазоном толерантности по отношению ко всем экологическим факторам. Наивысшая толерантность характерна для бактерий и сине-зеленых водорослей, выживающих в широком диапазоне температур, радиации, солености, рН.

Исключительно важное значение в экологии имеет закон ВНУТРЕННЕГО ДИНАМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ - вещество, энергия, информация и динамические качества отдельных природных систем и их иерархии** взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из показателей вызывает сопутствующие функционально-структурные количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических качеств систем, где эти изменения происходят, или в их иерархии.

** иерархия - расположение и функциональное соподчинение элементов целого в порядке от высшего к низшему или наоборот.

Закон имеет целый ряд следствий:

1. Любое изменение среды (вещества, энергии, информации, динамических качеств экосистем) неизменно приводит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых природных систем, образование которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер.

2. Взаимодействие вещественно-энергетических экологических компонентов (энергии, газов, жидкостей, субстратов, организмов, продуцентов, консументов и редуцентов ), информации и динамических качеств природных систем количественно не линейно, т.е. слабое воздействие или изменение одного из показателей может вызвать сильные отклонения в других ( и во всей системе в целом ).

3. Производимые в крупных экосистемах перемены относительно необратимы. Проходя по иерархии снизу вверх - от места воздействия до биосферы в целом, - они меняют глобальные процессы и тем самым переводят их на новый эволюционный уровень.

4. Любое местное преобразование природы вызывает в глобальной совокупности биосферы и в ее крупнейших подразделениях ответные реакции, приводящие к относительной неизменности эколого-экономического потенциала, увеличение которого возможно лишь путем значительного возрастания энергетических вложений. Искусственный рост эколого-экономического потенциала ограничен термодинамической устойчивостью природных систем.

Закон внутреннего динамического равновесия - одно из узловых положений в природопользовании. Пока изменения среды слабы и произведены на относительно небольшой площади, они или ограничиваются конкретным местом, или “гаснут” в цепи иерархии экосистем. Но как только перемены достигают существенных значений для крупных экосистем, они приводят к существенным сдвигам в этих обширных природных образованиях, а через них, согласно 2-му следствию, и во всей биосфере Земли. Будучи относительно необратимыми (3-е следствие), изменения в природе в конечном счете оказываются и труднонейтрализуемыми с социально-экономической точки зрения: их выправление требует больших материальных средств и физических усилий.

Сдвигая динамически равновесное состояние природных систем с помощью значительных вложений энергии (например, путем распашки и других агротехнических приемов), люди нарушают соотношение экологических компонентов, достигая увеличения полезной продукции (урожая) или состояния среды, благоприятного для жизни и деятельности человека. Если эти сдвиги “гаснут” в иерархии природных систем и не вызывают термодинамического разлада в данной природной системе, положение благоприятно. Однако излишнее вложение энергии и возникающий в результате вещественно-энергетический разлад ведут к снижению природно-ресурсного потенциала вплоть до опустынивания территории, происходящего без компенсации: вместо цветущих садов возникают пустыни.

Закон внутреннего динамического равновесия показывает, что человек в своем безудержном преобразовании природы должен быть крайне осторожен и предусмотрителен.

Рассмотренные выше термины, понятия и законы составляют лишь небольшую часть их, действующих в экологии. О некоторых других речь пойдет в следующих темах данного курса.