Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Черновский Л.А., Бонина О.М. Основы общей экологии и защита биосферы - файл n1.doc


Черновский Л.А., Бонина О.М. Основы общей экологии и защита биосферы
скачать (28365.5 kb.)

Доступные файлы (1):

n1.doc28366kb.06.01.2013 13:00скачать


n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8


Федеральное агентство связи

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики


Л.А. Черновский, О.М. Бонина, Е.А. Удальцов

Основы общей экологии и защита биосферы
Учебное пособие


Новосибирск – 2008
УДК 504 (075.8)

Л.А. Черновский, О.М. Бонина, Е.А. Удальцов. Экология. Основы общей экологии и защита биосферы.: Учебное /СибГУТИ.- Новосибирск, 2008 г.- с.180
В учебном пособии даны важнейшие понятия принципы концепции современной экологии. Описаны источники причины и последствия загрязнения окружающей среды. Указаны пути предупреждения загрязнения окружающей среды. Рассмотрены вопросы разработки мероприятий по охране природной среды.

Учебное пособие разработано с учетом государственного образовательного стандарта по экологическому образованию студентов СибГУТИ различных специальностей.


Кафедра безопасности жизнедеятельности и экологии

Ил. 33., табл. – 2
Рецензент: В.И. Марченко, д-р. биол. наук, профессор


Для специальностей «Радиотехника», «Телекоммуникации», «Информационная безопасность», «Информатика и вычислительная техника», «Менеджмент», «Экономика и управление»

Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ в качестве учебного пособия

©Сибирский государственный университет

телекоммуникаций и информатики, 2008г.

Содержание


Введение

4

Экология как наука

6

Возникновение глобальных проблем окружающей среды

8

Уровни биологической организации и трофические связи живого

15

Взаимоотношения организма и среды

27

Биосфера: свойства, структура

38

Круговорот веществ в природе

48

Функционирование биосферы

56

Демографические проблемы Земли

58

Природные ресурсы

61

Влияние деятельности человека на атмосферу

67

Влияние деятельности человека на гидросферу

75

Экология и здоровье человека

79

Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы

86

Основы экономики природопользования

92

Основы экологического права и профессиональной ответственности

98

Экологический мониторинг

102

Экологические стандарты и нормативы

105

Экозащитная техника и технологии

111

Международное сотрудничество в области охраны ОПС

134

Выживание человечества? (вместо заключения)

140

Приложение

145

Методологические пояснения

167

Рекомендуемая литература

178


ВВЕДЕНИЕ
В начале ХХ века академик В.И. Вернадский отмечал “человек настоящего времени представляет из себя геологическую силу, и сила эта сильна именно тем, что она возрастает, и предела её возрастания нам не видно...”. В конце второго тысячелетия от рождества Христова над обществом нависла угроза глобального экологического кризиса. Вне зависимости от политического устройства и экономической ситуации в странах решение экологических проблем сегодня одинаково важно для всех людей планеты. Предотвратить глобальную катастрофу возможно только воспитав экологически грамотного человека. А это означает, что на всех уровнях образования обязательным предметом изучения становится дисциплина «Экология».

В 1994 г. Министерством образования России были утверждены два направления высшего экологического образования:

  • фундаментальное экологическое образование;

  • инженерное экологическое образование.

И с этого же года в учебные планы всех технических дисциплин было введено обязательное изучение экологии.

Экологическое образование в России традиционно велось на пересечении естественных и социально-экономических наук.

В 1997 г. на уровне Правительства РФ была разработана и утверждена Концепция экологического образования, включающая в себя следующие базовые принципы:

1. Гуманизация выражает идею формирования человека способного к экологически целесообразной деятельности с установкой на сохранение жизни на Земле, спасению человечества от экологических катастроф.

2. Научность предусматривает высокий уровень информированности по вопросам экологии.

3. Взаимосвязанность раскрытия глобальных, региональных и локальных аспектов экологии с тем чтобы учащиеся «мыслили глобально, а действовали локально».

4. Интеграция естественнонаучных, нравственно-эстетических и других взаимодействий выражается в тесной связи теоретического и практического обучения и воспитания.

5. Непрерывность предусматривает поэтапную и постепенную организацию экологического образования и воспитания во время всего обучения (в т.ч. и после окончания вуза).

6. Систематичность предусматривает системную организацию экологического образования на основе таких компонентов, как цели, содержание приёмы и средства обучения.

Преподавание и изучение дисциплины "Экология" студентами вузов, обучающимися по техническим направлениям и специальностям, - методически сложная задача, поскольку курс должен базироваться, в основном, на знаниях, полученных при обучении в средней школе. Нередко в этом курсе вместо фундаментальных знаний о природе студентам дают только информацию об основах инженерной защиты окружающей природной среды. В период экологического кризиса, особенно важно заполнить пробел в общем фундаментальном естественно-научном образовании студентов, представленном в вузах и на факультетах технического профиля преимущественно физико-математическими дисциплинами.

Авторы ставили целью способствовать формированию у студента представления о человеке как о части природы, о самоценности всего живого и невозможности выживания человечества без сохранения биосферы. После изучения курса студент должен не только иметь представление о взаимоотношениях организмов со средой обитания, структуре биосферы, её эволюции, глобальных проблемах окружающей природной среды, но и уметь прогнозировать результаты своей профессиональной деятельности с учётом прямых и многочисленных косвенных последствий для биосферы.

Экология представляет собой междисциплинарную область знаний, тесно связанную с другими естественными науками, и читатель сталкивается с большим количеством новых понятий, терминов и их синонимов, относящихся к самым разнообразным областям современных научных знаний. Поэтому для того чтобы читатель мог правильно в них ориентироваться в данное учебное пособие включены некоторые сведения из дисциплин “География”, “Геология”, “Геохимия”, “Почвоведение”, ”Биология” и некоторых других.

В целом содержание учебного пособия ориентировано на примерную программу дисциплины “Экология”, утвержденную Государственным комитетом РФ по высшему образованию для технических направлений подготовки. Настоящее учебное пособие является результатом более чем десятилетнего опыта чтения авторами курса “Экология” в технических вузах.

Авторы будут благодарны всем, кто сочтёт целесообразным высказать замечания и пожелания по содержанию учебного пособия.

Экология как наука
Впервые термин ЭКОЛОГИЯ был применен в 1866 г. Э. Геккелем для обозначения науки, исследующей взаимозависимости между живыми организмами и их окружением, т.е. окружающей средой.

Термин Э. Геккеля достаточно быстро стали использовать в биологической литературе, а экологию как одну из ветвей биологической науки преподавать в университетах в качестве отдельного предмета. Однако за пределы узкого круга биологов она не выходила около 100 лет.

В середине XX в. экологию постепенно стали понимать как науку об экосистемах и биосфере. Начало такому пониманию положили работы В.И. Вернадского, В.В. Докучаева, Ю.П. Одума, А.Дж. Тенсли, Н.В. Тимофеева-Ресовского и других известных ученых. В результате стало ясно, что современная биосфера, среда обитания всех живых организмов, является продуктом их жизнедеятельности: неустанного воспроизведения, метаболизма (обмена веществ) и посмертного разложения множества живых существ.

Современная экология  это фундаментальная наука о природе, являющаяся комплексной и объединяющая знания нескольких классических естественных наук: биологии, геологии, географии, климатологии, ландшафтоведения и др. Согласно основным положениям этой науки человек является частью биосферы как представитель одного из биологических видов и так же, как и другие организмы не может существовать без биоты, т.е. без всей совокупности живущих ныне на Земле биологических видов, которые и составляют среду обитания человечества.

Все усиливающегося воздействия человека на окружающую среду привело к тому, что в последнее время в экологии стало все больше внимания уделяться именно этой проблеме, и самим термином "экология" всё чаще обозначают всю совокупность взаимоотношений природы и общества (кстати, данное определение нашло отражение в требованиях ГОС по дисциплине «Экология», которая в обязательном порядке преподается во всех вузах страны с 1995 года).

Возрастание роли проблем взаимодействия человека и природы в экологии вовсе не означает, что ранее существовавшие направления в этой отрасли научных знаний больше не разрабатываются, это привело лишь к тому, что структура экологии стало более сложной, появились новые направления исследований.

Рассматривая структуру современной экологической науки можно выделить три основные ветви:

Первая ветвь. Общая экология, которую часто называют биоэкологией (впервые этот термин применили Ф.Клеменс и В.Шелфорд, 1939 г.), - это изучение взаимоотношений живых систем разных рангов (организмов, популяций, экосистем) со средой и между собой. Эту часть экологии в свою очередь подразделяют на следующие разделы:

-оаутэкология - изучает закономерности взаимоотношений организмов отдельного вида со средой обитания;

- одемэкология - изучает закономерности взаимоотношений отдельной популяции со средой обитания;

- синэкология - изучает закономерности взаимоотношений популяций;

- экосистемная и биосферная экология.

Вторая ветвь. Геоэкология или факториальная экология  это изучение геосфер, их динамики и взаимодействия, геофизических условий жизни, факторов (т. е. ресурсов и условий) неживой окружающей среды, действующей на организмы.

Третья ветвь. Прикладная экология - это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы.

Приблизительно так и будет выглядеть структура нашего методического пособия, в котором мы рассмотрим все три ветви экологии.

Как всякая наука экология имеет собственный понятийный материал. Эти понятия и их определения мы с вами будем рассматривать по ходу дела. Сейчас же остановимся на некоторых из них.

Геосфера оболочка Земли.

Литосфератвердая оболочка Земли.

Гидросфера — водная оболочка Земли.

Атмосфера газовая оболочка Земли.

Педосфера — почвенный слой Земли.

Биосфера — область распространения на планете живых организмов.

Окружающая среда (ОС) - совокупность природной среды и антропогенных объектов.

Природная среда (ПС) - совокупность компонентов природной среды, природных и природно-антропогенных объектов.

Компоненты природной среды - земля, недра, почвы, поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух, растительный, животный мир и иные организмы, а также озоновый слой атмосферы и околоземное космическое пространство, обеспечивающие в совокупности благоприятные условия для существования жизни на Земле.

Природный объект - естественная экологическая система, природный ландшафт и составляющие их элементы, сохранившие свои природные свойства.

Природно-антропогенный объект - природный объект, измененный в результате хозяйственной и иной деятельности, и (или) объект, созданный человеком, обладающий свойствами природного объекта и имеющий рекреационное и защитное значение.

Антропогенный объект - объект, созданный человеком для обеспечения его социальных потребностей и не обладающий свойствами природных объектов.

Естественная экологическая система - объективно существующая часть природной среды, которая имеет пространственно-территориальные границы и в которой живые (растения, животные и другие организмы) и неживые ее элементы взаимодействуют как единое функциональное целое и связаны между собой обменом веществом и энергией.

Природный ландшафт - территория, которая не подверглась изменению в результате хозяйственной и иной деятельности и характеризуется сочетанием определенных типов рельефа местности, почв, растительности, сформированных в единых климатических условиях.

Приведенные определения даны в формулировке, принятой в Федеральном законе «Об охране окружающей среды» от 10 января 2002 г. N 7-ФЗ.

Возникновение глобальных проблем окружающей среды
На первых этапах своего существования человек собирал плоды экосистем суши (леса, степи, саванны и пр.), съедобные водоросли, моллюсков, ракообразных и др., ловил рыбу и охотился. Это был период собирательства и охоты, когда человек зависел от ресурсов биосферы и для поддержания своего устойчивого состояния инстинктивно должен был действовать, не нарушая эти ресурсы, а существуя за счет ежегодного прироста биомассы. Охотничье-собирательские, так же как и примитивные скотоводческие и земледельческие типы хозяйства, не выходили за пределы устойчивого использования ресурсов биосферы и практически не влияли на другие геосферы Земли. Для пропитания каждому человеку нужна была большая территория. Первобытные охотники и скотоводы использовали не менее 100 км2 /чел.

По мере роста численности населения, хотя и весьма неинтенсивного, при таком типе хозяйства неизбежно возникали локальные экологические кризисы, когда на определенной территории (или прибрежной акватории) удовлетворяемые потребности человека устойчиво превышали ежегодно возобновляемую часть биологических ресурсов. Кризисы разрешались или через снижение потребления привычного продукта (гибель части населения от голода, миграции населения, полное или частичное переключение на другую пищу и пр.) или же человек начинал потреблять больше, чем данная экосистема могла устойчиво производить, трансформируя или даже полностью преобразуя экосистему. Это оттягивало наступление кризиса, но делало его в конечном итоге более сильным и более катастрофическим. Примером экологического кризиса такого типа были, возможно, события на равнинах умеренного пояса Евразии, когда человек, способствуя исчезновению мамонтов, лишал себя тем самым источника белковой, высококалорийной пищи.

Дальнейший рост населения и его потребностей не мог быть обеспечен посредством охоты, рыбной ловли и собирательства: этих ресурсов стало недостаточно. Это привело часть человеческого общества к одомашниванию диких животных с постепенной селекцией их пород и, следовательно, к пастбищному скотоводству, а другую часть – вначале к примитивному, но затем ко все более усложняющемуся земледелию. Тем самым человек перешел от относительно устойчивого использования планеты, мало ее изменяющего, к ее преобразованию.

Открытые ландшафты (степи, саванны, прерии, пустыни и пр.) в основном относятся к аридным областям разной степени засушливости. В их пределах начали возникать расширяющиеся очаги скотоводства, в сильной степени преобразующего исходные природные ландшафты (изменение состава и состояния растительного покрова и состояния почвы вследствие выпаса скота, запланированных или естественных пожаров травы, и пр.).

Земледельческий тип хозяйства требует большего увлажнения, и потому очаги земледелия появились на границе лесных и открытых ландшафтов, внутри лесных территорий или же в речных долинах, способствовавших возникновению орошения. Превращение природных экосистем в пашню – основная линия трансформации ландшафтов при неорошаемом земледелии. При этом происходят очень глубокие преобразования, затрагивающие все компоненты ландшафтов.

Появление скотоводства и земледелия стало важнейшим событием, без которого дальнейшее развитие человеческого общества было бы попросту невозможно. В среднем на одного человека при пастбищном типе хозяйства необходимо приблизительно 10–100 га кормовой территории. При подсечно-огневом земледелии площадь, достаточная для прокорма одного человека, не превышает 10 га. Плотность использования земли при традиционном “обычном” земледелии порядка 1 га/чел, а при современном высокоинтенсивном земледелии эта величина достигает 0,2 га/чел. Таким образом, число людей на единице обрабатываемой площади, или, иными словами, потенциальная емкость территории может быть увеличена.

Возникшие скотоводство и земледелие позволили временно разрешить экологический кризис, связанный с дефицитом земельных ресурсов при уровне технологии прошлого. В то же время увеличение потребления человеком ресурсов биосферы и начавшееся преобразование естественных ландшафтов Земли стали первым, очень серьезным шагом в сторону антропогенного преобразования биосферы.

Следующим серьезным шагом в развитии человечества, а также и в антропогенном преобразовании биосферы, стало обращение к ресурсам литосферы, а именно добыча полезных ископаемых. Сначала это были металлические руды, в основном для изготовления орудий труда, а затем во все большей степени и другие полезные ископаемые. Роль полезных ископаемых для человеческого общества все более усиливалась, дойдя до такой степени, что добыча и использование горючих ископаемых (нефть, газ, уголь) стали одним из краеугольных камней современной экономики, но в то же время и одним из важнейших неблагоприятных факторов состояния биосферы.

Развитие промышленности стало следующим важнейшим фактором в антропогенной эволюции биосферы. Промышленность использует продукты литосферы и биосферы, обязательно нуждается в ресурсах гидросферы, и при отсутствии специальных мероприятий неизбежно влияет на загрязнение атмосферы и гидросферы. Таким образом, все геосферы Земли становятся подвержены антропогенному влиянию и преобразованию.

Для периода развития промышленности обычно характерны локальные экологические кризисы, связанные чаще всего с тем, что выбросы индустриальных отходов в воду или воздух превосходят самоочищающую способность рек или местных воздушных бассейнов.

Развитие сельского хозяйства шло двумя пересекающимися путями, экстенсивным и интенсивным. С одной стороны, расширялись площади, используемые под пашню и выпас скота, с соответствующим глубоким преобразованием ландшафтов. Более половины суши Земли находится под серьезным воздействием человека в виде пашни, пастбищ и лесов, включенных в хозяйственное использование. С другой стороны, при интенсивном развитии сельского хозяйства росла площадь орошаемых и осушаемых земель, увеличивалось использование сельскохозяйственных машин, применение химических веществ, стойловое содержание скота и пр. Состояние используемых земель во многих случаях ухудшалось вследствие эрозии почв, изменения их химических и физических свойств, заболачивания и пр. Эти факторы и процессы привели к значительному преобразованию ландшафтов Земли, и к изменению биосферы, гидросферы и атмосферы.

Города и сопутствующие им инженерные сооружения, такие как промышленные зоны, склады, дороги, аэродромы, порты, очистные сооружения, свалки и пр. постепенно увеличивались в размерах и интенсивности своего воздействия на биосферу, практически полностью преобразуя на своей территории первичные ландшафты в антропогенные.

В особенности большие изменения произошли и происходят в последние десятилетия, причем они охватывают как природную, так и общественную сферы. К наиболее существенным, общепланетарным изменениям следует отнести:

  • Трансформацию ландшафтов Земли;

  • Изменения глобальных биогеохимических циклов вещества;

  • Изменения особенностей и режима геосфер;

  • Сокращение биологического разнообразия.

Увеличивающееся использование человеком богатств биосферы сформировало противоречие между постоянно растущим воздействием общества на биосферу и ограниченными размерами Земли и ее ресурсов, что выразилось в возникновении экологических проблем.

Экологические проблемы можно условно разделить на два типа: глобальные и универсальные.

Универсальные проблемы - это проблемы, возникающие в каждом конкретном случае в определенной форме и требующие в каждом случае индивидуального способа их решения. Универсальные проблемы, как правило, затрагивают интересы ограниченной группы людей.

Глобальные проблемы — это проблемы, затрагивающие интересы всего человечества. Они охватывают взаимоотношения между странами, между обществом и средой его обитания, между человеком и обществом. Глобальные проблемы охватывают всю биосферу в целом, но могут проявляться по-разному в различных районах мира.

Разрушение озонового слоя Земли – характерный пример глобальной проблемы, в то время как деградация почв – типичный пример универсальной проблемы. Такое деление удобно, потому что стратегии решения глобальных и универсальных экологических проблем различаются. В частности, в первом случае действенным методом решения проблемы может быть международное соглашение, выполняемое затем на национальном уровне, а во втором случае зачастую достаточно концентрировать действия по решению проблемы на локальном уровне, имея в виду решение общенациональной или всемирной задачи.

Экологические проблемы по большей части междисциплинарны. Проблема возникает часто как общественная, но корни ее лежат в вопросах естественного характера. Для ее решения необходимо предпринять определенные действия в социальной сфере, изменяя тем самым природные условия, к которым, в свою очередь, должно приспосабливаться общество.

Например, катастрофическое снижение уровня Аральского моря привело к существенным экономическим потерям (прекращение рыболовства, засоление почв вследствие разноса солей с обнажившегося дна ветром и др.) и имело очень большой общественный резонанс. Падение уровня произошло в результате изменения составляющих его водного баланса: вследствие развития орошения резко уменьшился приток в море воды Амударьи и Сырдарьи. Для восстановления более высокого, чем сейчас, уровня Арала необходимо такое коренное изменение социальных условий в бассейне, которое бы в конечном итоге способствовало снижению водопотребления (снижение доли сельского населения, изменение структуры посевов, пересмотр стратегии развития сельского хозяйства и пр.). Таким образом, проблема Арала, внешне видимая как естественная, в основном по происхождению гидрометеорологическая, а фактически социальная. Она уходит своими корнями в советский период развития Центральной Азии и связана с очень сложной жизнью современного общества новых государств. Разделить такую проблему на отдельные, привычные науки практически невозможно, и решение ее может быть только на основе системного подхода.

Очень большая трудность в решении экологических проблем заключается в том, что природные ресурсы и процессы чрезвычайно затруднительно, а то и невозможно выразить в денежной форме, а без этого нельзя оценить истинную стоимость затрат и потерь. Возможно, например, оценить стоимость древесины в лесу, но эта оценка будет намного ниже истинной стоимости леса, которая должна бы включать величину и интенсивность его биологической продукции, его видовое и ландшафтное биологическое разнообразие, его климатические и гидрологические свойства, красоту и привлекательность лесного ландшафта, роль данного конкретного леса в традиционной местной хозяйственной деятельности и многие другие показатели. Без решения таких системных задач невозможна полная оценка результативности хозяйственных мероприятий, затрагивающих окружающую среду.

Другая трудность в решении экологических проблем в том, что многие ценные свойства и процессы в биосфере принадлежат всем, а значит, никому. К этой категории относятся, например, атмосфера, глобальный круговорот воды и его отдельные звенья, леса и почвы, если они коллективного или общенационального пользования, и пр.

Гаррет Хардин (США) назвал эту ситуацию “трагедией всеобщего достояния”. Он приводит следующий пример. На общественном лугу пасется N групп коров, принадлежащих разным хозяевам, каждая группа состоит из n голов. Пока все коровы на лугу потребляют траву в пределах ее годового прироста, ситуация устойчива. Затем один из хозяев решает увеличить свое стадо, состоящее из n коров, на одну корову. Для него это означает заметное увеличение богатства (на 1/n часть), а для луга в целом приращение антропогенного давления составит всего лишь 1/(n+1). Видя такую выгодную для отдельного лица ситуацию, другой хозяин принимает подобное решение, затем третий, четвертый, и так все N хозяев. Суммарное приращение антропогенного давления становится уже N/(n+1).

Рост численности скота продолжается, даже если хозяева понимают, что их действия ведут к избыточному количеству коров, превышающему потенциальную емкость луга, то есть к перевыпасу и, в конечном итоге, к снижению продуктивности луга. Персональная алчность оказывается сильнее, чем коллективный интерес. Договориться о совместных действиях до наступления критического состояния обычно не удается, и продуктивность луга начинает снижаться, зачастую катастрофически. Иногда, но не всегда, удается, наконец, договориться о совместных действиях, но уже не по оптимальной эксплуатации луга, а по выходу из критической ситуации.

Приведенный выше пример чрезвычайно типичен для многих экологических ситуаций. Если не удается найти стратегию совместных действий нескольких хозяев на одном лугу, то насколько сложнее выработать согласованную стратегию решения совместных задач для Земли в целом!

Современная кризисная ситуация усугубляется тем, что очень быстро идёт вымирание биологических видов. За последние 500 млн. лет на Земле было пять периодов массового исчезновения видов. Из них последний был примерно 65 млн. лет тому назад. Для восстановления биологического богатства каждый раз необходимо было примерно 10 миллионов лет. В настоящее время имеется реальная опасность еще одного периода массового сокращения биологического разнообразия, но со скоростью, значительно превышающей естественную скорость уничтожения и замещения видов.

В 1995 году была опубликована, подготовленная под эгидой ООН работа "Глобальная оценка биологического разнообразия". В этой работе показано, что за последние 400 лет исчезло 484 вида позвоночных животных и 654 вида цветковых растений. Всего же перед угрозой уничтожения стоят более чем 30000 видов живых организмов. В последние сто лет скорость исчезновения видов млекопитающих в 40 раз превышала максимальные скорости исчезновения видов, зафиксированные в предшествующие периоды массового исчезновения видов.

Причина этого – деятельность человека. К началу ХХI века 63 % естественных экосистем суши разрушены, гибнут многие водные экосистемы, и, прежде всего, морские. Происходит это по разным причинам, связанным как с техногенным загрязнением окружающей среды, так и с распахиванием земель, и с нерациональным использованием природных ресурсов, однако, прежде всего, причина этого - рост народонаселения (особенно в развивающихся странах) и рост уровня потребления в развитых странах.

Возникающие экологические проблемы должны быть разрешены, в противном случае неизбежно возникновение экологического кризиса, который может перерасти в экологическую катастрофу.

Кризисы, бедствия и катастрофы - всеми этими терминами называют нарушения природного экологического равновесия, потерю биологическими системами устойчивости. При этом кризисы не разрушают природную систему полностью, а приводят к изменению уровня ее функционирования, т.е. приводят систему в состояние неустойчивости, из которого возможен выход, но возможен и переход к гибели системы. Таким образом, кризис ещё может быть обратим. Катастрофой же называется комплекс изменений в системе, которые ведут к её исчезновению. При катастрофе нарушается одновременно большое количество взаимосвязей, прекращает функционировать системообразующий фактор, и система как таковая перестает существовать.

Дефицит природных ресурсов (в широком смысле этого слова), множество примеров глубоких изменений геосфер Земли и ландшафтов планеты, нарушений устойчивости (гомеостазиса) биосферы, позволяет части специалистов считать, что экологический кризис уже наступил и что мы на пороге экологической катастрофы.

Другие специалисты возражают, полагая, что до экологической катастрофы человечеству еще далеко, хотя и они согласны, что причины кризиса объективно существуют.

Итак, основные последствия взаимодействия человека и природы кратко можно сформулировать следующим образом:

– Использование природных ресурсов и систем жизнеобеспечения приводит к локальным экологическим кризисам, когда потребности человека превышают имеющиеся в данный момент ресурсы или когда выбросы продуктов деятельности человека в окружающую среду превышают ее самоочищающую способность. Такие частные, или локальные экологические кризисы – неизбежная особенность системы взаимоотношений природы и человеческого общества. Разрешение кризисов приводит к частичному преобразованию геосфер Земли и, следовательно, биосферы. При этом по мере развития общества и возникновения локальных экологических кризисов происходит постепенное и, по-видимому, необратимое накопление антропогенных преобразований биосферы.

– Ресурсы и размеры биосферы, как и мощность систем ее жизнеобеспечения, ограничены. В то же время, потребности человечества пока непрерывно нарастают. Отсюда вытекает очевидная неизбежность глобального экологического кризиса и перехода его в экологическую катастрофу. Пока нет общепринятого мнения по поводу того, наступил этот кризис, или еще нет. Однако ясно, что глобальный экологический кризис, когда бы он ни наступил, – одна из самых серьезных, а возможно, и наисерьезнейшая проблема из всех проблем, стоящих перед человечеством.
Контрольные вопросы по теме:

1. Что изучает: а) демэкология; б) синэкология; в) аутэкология?

2. Чем отличается кризис от катастрофы?

3. Кто является автором термина «экология»?

4. Назовите основные причины современного экологического кризиса.

5. Назовите этапы развития человеческого общества и связанные с ними экологические проблемы.


Уровни биологической организации и трофические связи живого
Все уровни организации жизни образуют соответствующие системы, которые различаются по принципам организации и масштабам явлений. Эти системы образуют своеобразную иерархическую лестницу, в которой меньшие подсистемы составляют большие системы, сами являющиеся подсистемами более крупных систем.


Рис. 1 Уровни организации материи (по Т.Миллеру)
Свойства каждого отдельного уровня сложнее и многообразнее предыдущего, причем нельзя предсказать свойства каждого последующего биологического уровня исходя из свойств отдельных составляющих его более низких уровней, подобно тому, как нельзя предсказать свойства воды, исходя из свойств водорода и кислорода.

Биологическая молекула, ген, клетка, орган, организм, популяция, сообщество (биоценоз), биосфера — главные уровни организации жизни.

Экология изучает уровни биологической организации от организма до биосферы. В ее основе, как и всей биологии, лежит теория эволюционного развития органического мира Дарвина, основывающаяся на представлениях о естественном отборе.

Еще раз обращаем внимание читателя на то, экология изучает уровни биологической организации от организмов до экосистем, при этом организм рассматривается как дискретная система, взаимодействующая с внешней средой.

Следующей дискретной единицей, описывающей живую природу и основанной на выявлении иерархической структуры её элементов является вид.

Вид — это исторически сложившаяся совокупность особей, сходных по морфофизиологическим свойствам, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, и занимающих определенный ареал (территорию).

Особи, объединяемые таким понятием как вид, несмотря на свою схожесть, тем не менее, как индивидуумы отличаются друг от друга. Но всех их объединяет единый для всех генофонд, обеспечивающий их способность к размножению в пределах вида. Не может быть потомства от особей различных видов, даже самых близкородственных.

В большинстве случаев особи разных видов различают по внешнему виду, поведению, физиологии. Однако одних внешних различий, даже значительных, для выделения вида недостаточно. Если особи двух разных групп организмов при самом значительном различии внешнего вида способны скрещиваясь давать потомство (т.е. возможен обмен генами), то они являются одним видом. Напротив, особей групп, которые не способны дать потомство при скрещивании, относят к различным видам.

Каждый вид живых организмов можно описать определенным набором характерных черт, свойств, которые называются признаками вида. Признаки вида, с помощью которых один вид можно отличить от другого, называются критериями вида.

Индивиды любого вида всегда представлены в природной среде определённым образом организованными совокупностями.

Каждый вид предъявляет к окружающей среде определенные требования, а эти требования в пределах ареала не везде могут быть удовлетворены в одинаковой степени. Отсюда вытекает, что особи любого вида живых организмов распределены в пределах ареала неравномерно. Например, крапива двудомная в пределах своего ареала встречается только во влажных тенистых местах с плодородной почвой, образуя заросли в поймах рек, ручьев, по окраинам топей, в зарослях кустарников. А, допустим, крота нет смысла искать на болоте.

Кроме того, существование ареала распространения вида не означает реальной возможности всем особям в пределах его границ свободно скрещиваться между собой. Возможность скрещивания во многом зависит от расстояния, на которое может перемещаться животное, т.е. радиуса активности. У растений этот радиус определяется расстоянием, на которое распространяется пыльца, семена или вегетативные части, способные дать начало новому растению. Для улитки радиус активности составляет несколько десятков метров, для ондатры - несколько сотен метров, для северного оленя - более сотни километров.

Вследствие ограниченности радиуса активности бурундуки, обитающие в одном лесу, имеют мало шансов встретиться в период размножения с бурундуками соседнего леса, хотя их встречи не исключаются полностью. Это приводит к обособлению отдельных групп - популяций. Так, например, популяцию образуют все особи окуня в небольшом озере или все деревья одного вида в лесу.

Популяция - это минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, на протяжении эволюционно длительного времени населяющая определённое пространство, образующая генетическую систему и относительно изолированная от других таких же групп.

У растений совокупность индивидуумов одного вида среди особей других видов называют ценопопуляцией.

Вид представляет совокупность популяций, а популяция является структурной единицей вида.

Таким образом, популяция представляет собой форму существования вида, обеспечивающую приспособленность его к конкретным условиям среды. Все живые существа входят в популяции

Популяции всегда по многим признакам отличаются одна от другой. Иногда эти отличия едва уловимы, иногда они очевидны. Такие различия между популяциями одного вида объясняются результатами генетической разнокачественности всей совокупности особей вида, возникшей в результате неодинаковых условий обитания. В природе не может быть практически одинаковых условий для нескольких территориальных группировок вида. Каждая популяция живет в определенных условиях, поэтому вид, состоящий из ряда популяций, занимает большой ареал, несмотря на разнообразие условий в пределах ареала.

Следующей дискретной единицей, описывающей живую природу и основанной на выявлении ее иерархической структуры является биоценоз. Впервые этот термин был применен в 1877 году К.Мебиусом.

Ни один вид, ни одна популяция живых организмов не живет сама по себе, а живет в окружении других видов, других популяций. Такая исторически сложившаяся устойчивая совокупность популяций всех видов, приспособленных к совместному обитанию на однородном участке территории называется биоценозом.

Приспособленность членов биоценоза к совместной жизни выражается в определенном сходстве требований к важнейшим абиотическим условиям среды (свет, температурный режим, кислотность почвы и т.д.) и закономерных отношений друг с другом. Связь с другими организмами выступает как необходимое условие питания и размножения, возможностей защиты, смягчения неблагоприятных условий среды и т.п.

Составными частями биоценоза являются фитоценоз (И.К.Пачоский, 1915) (устойчивое сообщество растительных организмов), зооценоз (совокупность видов животных) и микробоценоз (сообщество микроорганизмов).

Всякое сообщество живых организмов, т.е. биоценоз занимает определенное пространство с характерными для него условиями среды. Это пространство называют биотопом. Понятие биотоп включает в себя не только определенную территорию, но и условия окружающей среды на ней: солнечная инсоляция, температура, вода, воздух, почвы и подстилающие их горные породы и так далее. Именно в этой окружающей среде существуют растительность, животный мир и микроорганизмы, составляющие биоценоз.

Понятно, что компоненты биотопа и биоценоза не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют, создавая определенную биологическую систему, которую называют биогеоценозом (В.Н.Сукачев, 1942). Понятию биогеоценоз близко понятие экосистема (А.Тенсли, 1935). Эти понятия схожие, но не тождественные, однако для того уровня знания, который должны иметь вы, будем считать, что это синонимы.

Формирование биоценоза осуществляется за счет межвидовых связей, которые определяют структуру, т.е. его упорядоченность.

В каждом биоценозе происходит естественный отбор наиболее приспособленных к данным условиям организмов. В неблагоприятных для жизни условиях (тундра, пустыня, загрязненные водоемы и т.д.) видовой состав биоценоза очень беден, поскольку лишь немногие виды способны приспособиться к таким условиям. В тех же биотопах, где условия абиотической среды близки к оптимальным, возникают чрезвычайно богатые видами сообщества. Видовой состав молодых, формирующихся сообществ обычно беднее сложившихся, зрелых.

Организмы в биогеоценозе связаны общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце.

Фотосинтезирующие организмы непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды в процессе фотосинтеза (фотосинтез – процесс превращения солнечной энергии в энергию химических связей органического вещества) образуются сложные органические соединения. Органические соединения могут служить источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов биогеоценоза. Высвобождение заключенной в органическом веществе энергии происходит в процессе дыхания, присущим как растениям, так и животным. Продукты дыхания могут вновь использоваться растениями. В итоге вещество в данной экосистеме может совершать бесконечный круговорот. А вот энергия, содержащаяся в пище, не совершает кругооборот, а постепенно превращается в бесполезную тепловую энергию. Поэтому необходимым условием существования экосистем является постоянный приток энергии извне.

Основой любого биогеоценоза являются пищевые и сопутствующие им энергетические связи. Односторонний перенос потенциальной энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем поедания одних видов другими называется цепью питания (пищевой цепью), а каждое ее звено — трофическим уровнем.

Все организмы по способу питания делятся на две группы — автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофные организмы (самопитающиеся) используют неорганические источники для своего существования, тем самым, создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся зеленые растения, некоторые протисты, бактерии и цианобактерии.

Гетеротрофные организмы (питаемые другими) потребляют только готовое органическое вещество. К ним относятся все животные, большая часть микроорганизмов, грибы.

Поскольку пищевая цепь начинается с создания органического вещества, то основу биогеоценоза составляют автотрофные организмы продуценты (продуцирующие органическое вещество), которые, используя солнечную энергию, создают для себя богатую энергией пищу. Наиболее важная роль среди продуцентов принадлежит высшим растениям.

Все остальные организмы-непродуценты являются гетеротрофами. Они извлекают энергию за счёт окисления получаемого извне готового органического вещества. Их подразделяют на две большие группы:

- консументы, как бы концентрирующие поток энергии в экосистемах;

-редуценты – грибы и гетеротрофные бактерии, минерализующие мёртвые органические остатки.

Консументы (от лат. консумо - потреблять) – это самые разнообразные организмы от микроскопических бактерий до громадных синих китов. Однако не все организмы способны ограничиваться потреблением растительной пищи. Многие должны использовать животные белки со специфическим набором аминокислот – это плотоядные животные.

Консументы в зависимости от источника питания делят на следующие группы:

- фитофаги (растительноядные);

- хищники (плотоядные);

- эврифаги (всеядные).

Кроме того, консументы подразделяют на “порядки”. Фитофаги относятся к консументам первого порядка (или первичным). Организмы, питающиеся консументами первого порядка, относят к консументам второго порядка (или вторичным). Например, кролик, который ест морковку, - это первичный консумент, а лиса, охотящаяся на кролика, - вторичный.

В природе существуют животные, питающиеся вторичными консументами, т.е. консументы третьего порядка (или третичные), а также консументы четвертого порядка и так далее, причем некоторые виды животных соответствуют нескольким порядкам. Консументы, начиная со второго порядка и выше, могут быть как хищниками, так и эврифагами.

В процессе питания всех организмов образуются отходы. Многие растения ежегодно сбрасывают листья. Часть организмов по различным причинам регулярно умирает. Мертвые растительные и животные остатки называют детритом.

Так или иначе, всё созданное органическое вещество должно минерализоваться. Это происходит благодаря наличию особых организмов, специализированных на питании детритом; такие организмы называют редуцентами (от лат. редуцио - возвращать) или деструкторами, окончательно разлагающими сложные органические молекулы на более или менее простые неорганические соединения, которые затем используют продуценты. К ним относятся грибы и бактерии, при этом многие грибы являются деликатесами в пище человека, а, отмирая, они сами превращаются в детрит.

Отсюда следует, что каждый вид живых организмов в составе биогеоценоза занимает определенное место в системе экологических взаимоотношений с другими организмами и факторами неживой природы. Изменение параметров этих взаимоотношений, их выход за некоторые границы подавляет жизнедеятельность организмов и может вызвать их гибель. Для совокупной характеристики физического пространства, занимаемого организмами вида, их функциональной роли в биотической среде обитания, включая способ питания (трофический статус), образ жизни и взаимоотношения с другими видами, американским ученым Дж. Гриннеллом в 1928 г. введён термин экологическая ниша. В настоящее время наибольшей популярностью пользуются две формы определения этого понятия.
  1   2   3   4   5   6   7   8



Скачать файл (28365.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации