Основы экологии Основные понятия экологии



страница1/5
Дата24.04.2016
Размер0.73 Mb.
  1   2   3   4   5
Основы экологии

Основные понятия экологии

Экологические факторы

Экология популяций

Взаимодействие популяций

Экология сообществ

Экосистемы и биогеоценозы

Основные среды жизни

Биосфера

1. Основные понятия экологии

Экология как наука, изучающая отношения между организмами и их взаимосвязи с окружающей средой. Предмет и задачи экологии. Организм и надорганизменные системы: популяции, сообщества, экосистемы как объекты экологии. Биоэкология и ее основные разделы (аутэкология, демэкология, синэкология). Ландшафтная экология. Экология человека и социальная экология.

Повышение роли экологии на современном этапе развития человечества. Основные нарушения в биосфере, вызываемые деятельностью человека. Угроза глобальных экологических катастроф. Экология как научная основа выхода из глобальных кризисов.

Экологические знания – основа природопользования. Экологические принципы заповедного дела и рационального использования природных ресурсов. Красные книги. Международное сотрудничество в деле охраны природы. Экологическое законодательство Российской Федерации.

Экология – это наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей их природой, о структуре и функционировании надорганизменных систем.

Термин «экология» в 1866 г. ввел немецкий эволюционист Эрнст Геккель. Э. Геккель считал, что экология должна изучать различные формы борьбы за существование. В первичном значении, экология – это наука об отношениях организмов к окружающей среде (от греч. «oikos» – жилище, местопребывание, убежище).

Экология, как и любая наука, характеризуется наличием собственного объекта, предмета, задач и методов (объект – это часть окружающего мира, которая изучается данной наукой; предмет науки – это наиболее главные существенные стороны ее объекта).

Объектом экологии являются биологические системы надорганизменного уровня: популяции, сообщества, экосистемы (Ю. Одум, 1986).

Предметом экологии являются взаимоотношения организмов и надорганизменных систем с окружающих их органической и неорганической средой (Э. Геккель, 1870; Р. Уиттекер, 1980; Т. Фенчил, 1987)

По определению Р. Риклефса (1979), экологию можно представить «... как трехмерное сооружение из лежащих один над другим горизонтальных слоев, соответствующих различным уровням биологической организации – от индивидуума через популяцию и сообщество к экосистеме; вертикальные разрезы, проходящие через все слои, делят все сооружение на секции, соответствующие форме, функции, развитию, регуляции и адаптации. Каждому уровню экологической организации присущи свои особые структурные и функциональные характеристики».

Из множества определений предмета экологии вытекает и множество задач, стоящих перед современной экологией:

– Изучение структуры пространственно-временных объединений организмов (популяций, сообществ, экосистем, биосферы).

– Изучение круговорота веществ и потоков энергии в надорганизменных системах.

– Изучение закономерностей функционирования экосистем и биосферы в целом.

– Изучение реакции надорганизменных систем на воздействие разнообразных экологических факторов.

– Моделирование биологических явлений для экологического прогнозирования.

– Создание теоретической основы охраны природы.

– Научное обоснование производственных и социально-экономических программ

Методы экологических исследований

При изучении надорганизменных систем экология использует все разнообразие методов как биологических, так и небиологических наук. Однако специфическим методом экологии является количественный анализ структуры и функционирования надорганизменных систем. Современная экология – это один из наиболее точных, наиболее математизированных разделов биологии.



Структура современной экологии

Экология делится на фундаментальную и прикладную. Фундаментальная экология изучает наиболее общие экологические закономерности, а прикладная – использует полученные знания для обеспечения устойчивого развития общества.

Основу экологии составляет биоэкология как раздел общей биологии. «Спасти человека – это, прежде всего, сохранить природу. И здесь только биологи могут привести необходимые аргументы, доказывающие правомерность высказанного тезиса».

Биоэкология (как и любая наука) делится на общую и частную. В состав общей биоэкологии входят разделы:

1. Аутэкология – изучает взаимодействие со средой обитания отдельных организмов определенных видов.

2. Экология популяций (демэкология) – изучает структуру популяций и ее изменение под воздействием экологических факторов.

3. Синэкология – изучает структуру и функционирование сообществ и экосистем.

К общей биоэкологии относятся и другие разделы:

– эволюционная экология – изучает экологические механизмы эволюционного преобразования популяций;

– палеоэкология – изучает экологические связи вымерших групп организмов и сообществ;

– морфологическая экология – изучает закономерности изменения строения органов и структур в зависимости от условий обитания;

– физиологическая экология – изучает закономерности физиологических изменений, лежащих в основе адаптации организмов;

– биохимическая экология – изучает молекулярные механизмы приспособительных преобразований в организмах в ответ на изменение среды;

– математическая экология – на основании выявленных закономерностей разрабатывает математические модели, позволяющие прогнозировать состояние экосистем, а также управлять ими.

Частная биоэкология изучает экологию отдельных таксономических групп, например: экология животных, экология млекопитающих, экология выхухоли; экология растений, экология опыления, экология сосны; экология водорослей; экология грибов и т. д.



Биоэкология тесно связана с ландшафтной экологией, например:

– экологией водных ландшафтов (гидробиологией) – океанов, рек, озер, водохранилищ, каналов...

– экологией наземных ландшафтов – лесов, степей, пустынь, высокогорий...

Отдельно выделяются разделы фундаментальной экологии, связанные с существованием и деятельностью человека:

– экология человека – изучает человека как биологический вид, вступающий в разнообразные экологические взаимодействия;

– социальная экология – изучает взаимодействие человеческого общества и окружающей среды;

– глобальная экология – изучает наиболее крупномасштабные проблемы экологии человека и социальной экологии.

Прикладная экология включает: промышленную экологию, сельскохозяйственную экологию, экологию города (населенных пунктов), медицинскую экологию, экологию административных районов, экологическое право, экологию катастроф и многие другие разделы. Прикладная экология тесно связана с охраной природы и окружающей среды.

Экологические знания должны служить основой рационального природопользования. На их основе базируется создание и развитие сети охраняемых территорий: заказников, заповедников и национальных парков, а также охрана отдельных памятников природы. Рациональное использование природных ресурсов является основой устойчивого развития человечества.

Во второй половине ХХ века в связи с интенсивным воздействием человеческого общества на биосферу начинается экологический кризис, особенно обострившийся в последние десятилетия. Современная экология включает множество разделов и охватывает самые разнообразные стороны человеческой деятельности; происходит экологизация всего общества.

Глобальные экологические проблемы и пути их решения

Глобальные экологические проблемы являются общими для всей биосферы и для всего человечества. Главные из них:

– обеспечение населения продовольствием и водой;

– защита людей от негативных последствий научно-технического прогресса;

– обеспечение растущих потребностей мирового хозяйства в энергии и в природных ресурсах;

– охрана природной среды от разрушительного антропогенного воздействия, защита среды от разнообразных загрязнений – физических, химических, биологических;

– сохранение биологического (генетического) разнообразия: многообразия сообществ и экосистем, видов и генофонда каждого вида как представителя таксономической группы и сообщества.

400 лет назад каждые 3 года вымирал один биологический вид. В наше время каждые 8 месяцев на Земле вымирает один вид. Исчезновение одного вида растений может привести к гибели 10 видов животных.

К глобальным экологическим проблемам также относится защита людей от особо опасных заболеваний.

Международное сотрудничество в деле охраны природы.

Глобальные экологические проблемы обострились после Второй мировой войны. Для их решения в 1948 г. был образован Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП).

Первоочередной задачей МСОП являлось составление Красных книг – списков редких и находящихся под угрозой исчезновения видов. В 1963-1966 гг. была издана первая Международная Красная книга. В 1980 г. вышло ее четвертое издание. В 1978-1984 гг. издается Красная книга СССР, а в 1985 г. – Красная книга Российской Федерации.

В 1980 г. Международным союзом охраны природы и природных ресурсов была разработана «Всемирная стратегия охраны природы».

В материалах Всемирной стратегии отмечается, что одной из глобальных экологических проблем является проблема питания: 500 млн. человек систематически недоедают. Труднее учесть число людей, не получающих полноценного питания, сбалансированного по белкам, витаминам и микроэлементам.



Всемирная стратегия сформулировала первоочередные задачи охраны природы:

– Поддержание главных экологических процессов в экосистемах.

– Сохранение генетического разнообразия.

– Долгосрочное рациональное использование видов и экосистем.



В 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась конференция Организации Объединенных Наций по окружающей среде и развитию. На этой конференции был принят ряд документов, подписанных представителями 179 государств:

– Программа действий: Повестка дня на XXI век.

– Заявление о принципах в отношении лесов.

– Конвенция ООН об изменении климата.

– Конвенция о биологическом разнообразии.

В материалах Конвенции о биологическом разнообразии отмечается, что «...разнообразие важно для эволюции и сохранения систем жизнеобеспечения биосферы». Для сохранения систем жизнеобеспечения биосферы необходимо сохранение всех форм биологического разнообразия: «Страны, которые присоединяются к Конвенции, должны определять компоненты биологического разнообразия, ...осуществлять контроль за видами деятельности, которые могут оказать вредное воздействие на биологическое разнообразие».

В 1995 г. в Софии на конференции министров окружающей среды европейских стран была принята Общеевропейская стратегия сохранения биологического и ландшафтного разнообразия.

Принципы Общеевропейской стратегии сохранения биологического и ландшафтного разнообразия природы:

– Охрана наиболее уязвимых экосистем.

– Охрана и восстановление нарушенных экосистем.

– Охрана территорий с наибольшим видовым разнообразием.

– Сохранение эталонных природных комплексов.

Экологическое законодательство Российской Федерации

В нашей стране существует ряд уровней экологического законодательства. Основу экологического законодательства РФ составляют положения Конституции Российской Федерации: о праве на благоприятную окружающую среду, на достоверную информацию о ее состоянии, об обязанности бережно относиться к природным богатствам.

В соответствии с Конституцией принимаются соответствующие законы РФ, Указы Президента РФ и постановления Правительства РФ, Законы и подзаконные акты на уровне субъектов РФ, Декларации общественно-экологических организаций, имеющие рекомендательный характер. В настоящее время на территории России действуют следующие законы, направленные на охрану окружающей среды:

Закон РФ «Об охране окружающей природной среды» (1991 г.).

Этот закон является базовым актом в области экологии и содержит все основные разделы, связанные с экологическим законодательством: основные принципы и объекты охраны окружающей среды, право граждан на здоровую и благоприятную окружающую среду, экономический механизм охраны среды, нормирование качества окружающей среды, особо охраняемые природные территории и объекты, экологический контроль и т.д.

– Земельный кодекс

– Водный кодекс

– Лесной кодекс

– Закон РФ «О недрах»

– Закон РФ «Об охране атмосферного воздуха»

– Закон РФ «Об экологической безопасности»

– Закон РФ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения»

– Закон РФ «О животном мире»

В то же время, один из основных принципов охраны окружающей среды гласит: «Мыслить глобально – действовать локально». Это означает, что каждый человек несет личную ответственность за решение глобальных экологических проблем.



2. Экологические факторы

Общее представление о среде обитания и экологических факторах. Факторы–ресурсы. Элиминирующие факторы.

Абиотические факторы: основные, дополнительные и катастрофические. Адаптации организмов; экологические группы организмов, выделяемые по отношению к отдельным абиотическим факторам: световому, температурному, водному, химическому, кислородному.

Биотические факторы; взаимодействия трофические (прямые и косвенные), топические (прямые, форические и фабрические), информационно-сигнальные. Основные типы парных взаимодействий: комменсализм, хищничество, паразитизм, протокооперация, мутуализм, аменсализм, конкуренция, нейтрализм.

Антропогенные факторы: прямые и косвенные. Основные типы антропогенных воздействий: точечные, линейные, воздействия на обширных территориях, глобальные.

Экологический оптимум и экологический пессимум. Понятие об аутэкологическом и синэкологическом оптимуме. Закон экологического оптимума.

Экологическая валентность. Примеры организмов, различающихся по экологической валентности: эврибионты (эвриионные, эвритермные, эвригалинные, эвриоксибионты) и стенобионты (стеноионные, ацидофильные, кальциефильные, стенотермные, криофильные, термофильные, стеногалинные, стенооксибионты). Экологический спектр.

Биоритмы. Природа биоритмов (экзогенные и эндогенные). Факторы-сигналы. Циркадные и цирканные биоритмы. Фотопериодизм; фотопериодические реакции животных и растений. Термопериодизм.

Совместное действие экологических факторов. Экологическая ниша.

Все организмы на Земле существуют в определенных условиях. Та часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует, называется среда обитания. Отдельные свойства или элементы среды, воздействующие на организм, называются экологические факторы. Факторы, которые необходимы для существования определенного вида, называются факторами–ресурсами. Факторы, которые приводят к снижению численности вида (к его элиминации), называются элиминирующими факторами.



Различают три основные группы экологических факторов: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы

К абиотическим факторам относятся разнообразные воздействия неживых (физико-химических) компонентов природы на биологические системы. Выделяют следующие основные абиотические факторы:

– световой режим (освещенность);

– температурный режим (температура);

– водный режим (влажность),

– кислородный режим (содержание кислорода);

– физико-механические свойства среды (плотность, вязкость, давление);

– химические свойства среды (кислотность, содержание разнообразных химических веществ).

Кроме того, существуют дополнительные абиотические факторы: движение среды (ветер, течение воды, прибой, ливни), неоднородность среды (наличие убежищ).

Неблагоприятные факторы, вызывающие стресс, называются стрессорами.

Иногда действие абиотических факторов приобретает катастрофический характер: при пожарах, наводнениях, засухах. При крупных природных и техногенных катастрофах может наступать полная гибель всех организмов.

По отношению к действию основных абиотических факторов выделяют экологические группы организмов.

Для описания этих групп используются термины, включающие корни древнегреческого происхождения: -фиты (от «фитон» – растение), -филы (от «филео» – люблю), -трофы (от «трофе» – пища), -фаги (от «фагос» – пожиратель). Корень -фиты употребляется по отношению к растениям и прокариотам (бактериям), корень -филы – по отношению к животным (реже по отношению к растениям, грибам и прокариотам), корень -трофы – по отношению к растениям, грибам и некоторым прокариотам, корень -фаги – по отношению к животным, а также некоторым вирусам.

Рассмотрим некоторые экологические группы организмов, различающихся по отношению к разным абиотическим факторам.

Световой режим оказывает прямое влияние, в первую очередь, на растения. По отношению к освещенности выделяют следующие экологические группы растений:

– гелиофиты – светолюбивые растения (растения открытых пространств, постоянно хорошо освещаемых местообитаний). Характерные адаптации: укороченные междоузлия, сильное ветвление, листья мелкие или с рассеченной пластинкой, хорошо развиты покровные и механические ткани, часто развито опушение, часто имеется восковой налет, палисадная хлоренхима многослойная, хлоропластов много, но они мелкие.

– сциофиты – тенелюбивые растения, которые плохо переносят интенсивное освещение (растения нижних ярусов тенистых лесов). Характерные адаптации: крупные тонкие листья, характерна листовая мозаика, палисадная хлоренхима однослойная, хлоропластов мало, но они крупные.

– факультативные гелиофиты – теневыносливые растения (предпочитают высокую интенсивность света, но способны развиваться и при пониженной освещенности). Эти растения обладают частично признаками гелиофитов, частично – признаками сциофитов.

Температурный режим. Повышение устойчивости растений к пониженным температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением поверхности (например, за счет листопада, преобразованием типичных листьев в хвою). Повышение устойчивости растений к высоким температурам достигается изменением структуры цитоплазмы, уменьшением нагреваемой площади, образованием толстой корки (существуют растения–пирофиты, которые способны переносить пожары).

Животные осуществляют регуляцию температуры тела различными способами:

– биохимическая регуляция – изменение интенсивности обмена веществ и уровня теплопродукции;

– физическая терморегуляция – изменение уровня теплоотдачи;

– этологическая терморегуляция (поведенческие реакции).

В зависимости от климатических условий у близких видов животных наблюдается изменчивость размеров и пропорций тела, которые описываются эмпирическими правилами, установленными в XIX веке. Правило Бергмана – если два близких вида животных отличаются размерами, то более крупный вид обитает в более холодных условиях, а мелкий – в теплом климате. Правило Аллена – если два близких вида животных обитают в разных климатических условиях, то отношение поверхности тела к объему тела уменьшается с продвижением в высокие широты.

Водный режим. Растения по способности поддерживать водный баланс делятся на пойкилогидрические и гомейогидрические. Пойкилогидрические растения легко поглощают и легко теряют воду, переносят длительное обезвоживание. Как правило, это растения со слабо развитыми тканями (мохообразные, некоторые папоротники и цветковые), а также водоросли, грибы и лишайники. Гомейогидрические растения способны поддерживать постоянное содержание воды в тканях. Среди них выделяют следующие экологические группы:

– гидатофиты – растения, погруженные в воду; без воды они быстро погибают;

– гидрофиты – растения крайне переувлажненных местообитаний (берега водоемов, болота); характеризуются высоким уровнем транспирации; способны произрастать лишь при постоянном интенсивном поглощении воды;

– гигрофиты – требуют влажных почв и высокой влажности воздуха; как и растения предыдущих групп не переносят высыхания; теневые гигрофиты – растения нижних ярусов сырых лесов (недотрога, цирцея альпийская); световые гигрофиты – растения открытых переувлажненных местообитаний (росянка, подмаренник болотный);

– мезофиты – требуют умеренного увлажнения, способны переносить кратковременную засуху; это большая и неоднородная группа растений;

– ксерофиты – растения, способные добывать влагу при ее недостатке, ограничивать испарение воды или запасать воду; для ксерофитов характерны: хорошо развитая кутикула, восковой налет, сильное опушение; ксерофиты делятся на два типа – суккуленты и склерофиты;

– суккуленты – растения с развитой водозапасающей паренхимой в разных органах; сосущая сила корней невелика (до 8 атм.), фиксация углекислого газа происходит ночью (кислый метаболизм толстянковых); различают стеблевые суккуленты (кактусы), листовые суккуленты (очитки, молодило), корневые суккуленты (кислица);

– склерофиты – растения с развитой склеренхимой; сосущая сила корней составляет десятки атмосфер; различают эуксерофиты (розеточные побеги) и стипаксерофиты (ковыли, типчак).

В ряде случаев вода имеется в большом количестве, но малодоступна для растений (низкая температура, высокая соленость или высокая кислотность). В этом случае растения приобретают ксероморфные признаки, например, растения болот, засоленных почв (галофиты).

Животные по отношению к воде делятся на следующие экологические группы: гигрофилы, мезофилы и ксерофилы.

Сокращение потерь воды достигается различными способами. В первую очередь, развиваются водонепроницаемые покровы тела (членистоногие, рептилии, птицы). Совершенствуются выделительные органы: мальпигиевы сосуды у паукообразных и трахейно-дышащих, тазовые почки у амниот. Повышается концентрация продуктов азотного обмена: мочевины, мочевой кислоты и других. Испарение воды зависит от температуры, поэтому важную роль в сохранении воды играют поведенческие реакции избегания перегрева. Особое значение имеет сохранение воды при эмбриональном развитии вне материнского организма, что приводит к появлению зародышевых оболочек; у насекомых формируются серозная и амниотическая оболочки, у яйцекладущих амниот – сероза, амнион и аллантоис.



Химические свойства среды.

Кислородный режим. По отношению к содержанию кислорода все организмы делятся на аэробных (нуждающихся в повышенном содержании кислорода) и анаэробных (не нуждающихся в кислороде). Анаэробы делятся на факультативных (способных существовать и при наличии, и при отсутствии кислорода) и облигатных (не способных существовать в кислородной среде).

Содержание доступных элементов минерального питания наиболее важно для растений. По отношению к валовому содержанию элементов минерального питания выделяют следующие экологические группы растений:

– олиготрофные – нетребовательны к содержанию элементов минерального питания в почве;

– эутрофные, или мегатрофные – требовательны к плодородию почв; среди эутрофных растений выделяются нитрофилы, требующие высокого содержания в почве азота;

– мезотрофные – занимают промежуточное положение между олиготрофными и мегатрофными растениями.



Среди организмов, всасывающих готовые органические вещества всей поверхностью тела (например, среди грибов), различают следующие экологические группы:

– Подстилочные сапротрофы – разлагают подстилку.

– Гумусовые сапротрофы – разлагают гумус.

– Ксилотрофы, или ксилофилы – развиваются на древесине (на мертвых или ослабленных частях растений).

– Копротрофы, или копрофилы – развиваются на остатках экскрементов.

Кислотность почвы (рН) также важна для растений. Различают ацидофильные растения, предпочитающие кислые почвы (сфагнумы, хвощи, пушица), кальциефильные, или базофильные, предпочитающие щелочные почвы (полынь, мать-и-мачеха, люцерна) и растения, нетребовательные к рН почвы (сосна, березы, тысячелистник, ландыш).




  1   2   3   4   5


База данных защищена авторским правом ©ekollog.ru 2017
обратиться к администрации

войти | регистрация
    Главная страница


загрузить материал