Тема 1: «Предмет, направления и задачи экологии»
Термин «экология» предложен биологом Эрнестом Геккелем ( от греч.oikos- жилище, местообитание, logos- наука) в работах « Всеобщая морфология организмов» (1866) и «Естественная история миротворения» (1868).
Под экологией он понимал сумму знаний, относящихся к природе: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей средой, как органической, так и неорганической, и, прежде всего его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт.
Экология как часть биологии (экология биологических систем) – это наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и окружающей средой.
аутэкологию
Кроме того, экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования. Например, выделяют экологию человека и животных, экологию растений, экологию микроорганизмов (рис.1.).
Экология
Теоретическая Прикладная, Земная Космическая, Человека Животных Растений Микроорганизмов, Клетки Организма Сообщества, Водоемов Суши Воздушной среды, Тропиков Умеренной зоны Полярной зоны, Девственных природных систем Измененных систем Антропогенных систем, Незагрязненных систем Загрязненных систем, Рис. 1. Классификация направлений экологии.
В свою очередь все эти группы можно исследовать на уровне особи, уровне популяции, а можно в воде, почве, атмосфере, космическом пространстве. Живые организмы обитают в условиях тропической, умеренной и полярной зон, в естественных, измененных или созданных человеком сообществах, а также в загрязненных средах. В настоящее время интенсивно развивается направление экологических исследований, связанных с загрязнением природной среды. На рисунке 2 приведена другая классификация направлений современной экологии.
| экология |
Общая экология Экология человека
Теоретическая экология Биоэкология человека:
Математическая экология эволюционная экология
Моделирование экологических Homosapiensи современный
систем и процессов антропогенез
Экспериментальная экология Социальная экология:
Биоэкология
Экология систематических социальных групп; экология
групп организмов-видов, потребностей; экология этносов
семейств, классов типов, царств и этногенеза; демографическая
(бактерий, грибов, растений, экология
животных) Экология человека
Прикладная экология
экология особи, экология групп, Инженерная экология:
популяционная экология, промышленная, строительная,
экология многовидовых транспортная; экологическая
сообществ- биоценозов, эргономика
биогеоценология Сельскохозяйственная экология
Эволюционная экология агроэкология, экология
Учение о биосфере сельскохозяйственных животных
Биоресурсная и промысловая
Экология
Коммунальная экология
Медицинская экология
Приложения экологии к
практике охраны природы и
окружающей человека среды
Экологическая экономика
природопользования
Рис.2. Классификация направлений современной экологии.
В настоящее время широкое распространение получили следующие новые направления экологии.
Глобальная экология-, Экология человека-, Социальная экология0, Урбоэкология, Инженерная экология-
Основой всех направлений экология является общая (классическая) экология. Экология как наука основана на разных отраслях биологии (физиологии, генетике, биофизике), связана и с небиологическими науками (физикой, химией, геологией, географией, математикой и др. ), на методы и понятийно-терминологический аппарат которых опираются экологические исследования. В связи с этим в последние годы введены понятия «географическая экология», «глобальная экология» (или экология в приложении к биосфере Земли), «химическая экология», «математическая экология» и др.
Современному человеку доступно не только околоземное, но и достаточно отдаленное космическое пространство. Это обстоятельство порождает ряд совершенно новых проблем, являющихся предметом космической антропологии, тесно связанной с экологией медецинской.
эргономика,
Из приведенных выше определений очевидны и многообразные задачи экологии как науки:
1. Исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенными воздействиями на природные системы и биосферу в целом;
2. Создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов, прогнозирование изменений природы под влиянием деятельности человека и управления процессами, протекающими в биосфере, и сохранение среды обитания человека;
3. Регуляция численности популяций;
4. Разработка системы мероприятий, обеспечивающих минимум применения химических средств борьбы с вредными видами;
5. Экологическая индикация при определении свойств тех или иных компонентов и элементов ландшафта, в том числе индикация загрязнения природных сред;
6. Восстановление нарушенных природных систем, в том числе рекультивация выведенных из использования сельскохозяйственных угодий, восстановление пастбищ, плодородия истощенных почв, продуктивности водоемов и др.;
7. Переход от промысла к хозяйству;
8. Сохранение (консервация) эталонных участков биосферы.
экологическая безопасность,
экология в целом
Т.о., экология — это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых ее проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учетом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.
Тема 2: « Экология особей (аутэкология).
Среда обитания. Факторы среды, их классификация. Принципы экологической классификации организмов»
«среда обитания»
Под средой обитания
«условия существования»,
условия существования,
Среда обитания-
экологическими факторами.
абиотические
Абиотические факторы (физико-химические, факторы неживой природы) –, Биотические (факторы живой природы)-, Антропогенные факторы-
Один и тот же фактор среды имеет различное значение в жизни совместно обитающих организмов разных видов. Например, сильный ветер зимой неблагоприятен для крупных, обитающих открыто животных, но не действует на более мелких, которые укрываются в норах или под снегом. Солевой состав почвы важен для питания растений, но безразличен для большинства наземных животных и т.п.
Некоторые свойства среды остаются относительно постоянными на протяжении длительных периодов времени в эволюции видов. Таковы сила тяготения, солнечная постоянная, солевой состав океана, свойства атмосферы. Большинство экологических факторов- температура, влажность, ветер, осадки, наличие укрытий, пищи, хищники, паразиты, конкуренты и т.д.- очень изменчиво в пространстве и времени. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или глубине пещер. Паразиты млекопитающих живут в условиях избытка пищи, тогда как для свободноживущих хищников ее запасы все время меняются вслед за изменением численности жертв.
В этом их основная специфика и антиэкологичность.
Среди факторов среды выделяют ресурсы и условия. Ресурсы окружающей среды организмы используют, потребляют, тем самым, уменьшая их количество. К ресурсам относят пищу, воду при ее дефиците, убежища, удобные места для размножения и т.п. Условия- это такие факторы, к которым организмы вынуждены приспосабливаться, но повлиять на них обычно не могут. Один и тот же фактор среды может быть ресурсом для одних и условием для других видов. Например, свет- жизненно необходимый энергетический ресурс для растений, а для обладающих зрением животных- условие зрительной ориентации. Вода для многих организмов может быть и условием жизни, и ресурсом.
Экоклимат и микроклимат.
Большое влияние на климатические факторы оказывает растительность. Под пологом леса, например, влажность воздуха всегда выше, а колебания температуры меньше, чем на полянах. Различен и световой режим этих мест. В разных растительных ассоциациях формируется свой режим влажности, температуры, света. Тогда говорят о фитоклимате.
Но не всегда данных эколкимата или фитоклимата достаточно для полной характеристики климатических условий того или иного местообитания. Условия жизни, окружающие личинок насекомых, живущих под корой дерева, иные, чем в лесу, где это дерево произрастает. При этом температура южной стороны ствола может быть на 10-15®С выше температуры его северной стороны. Такие набольшие участки местообитания имеют свой микроклимат.
Четких различий между экоклиматом и микроклиматом не существует. Считается, что экоклимат- это климат относительно больших территорий, а микроклимат- климат отдельных небольших участков.
Каждая климатическая зона отличается огромным количеством разнообразных микроклиматов. Микроклиматы тесно связаны с солнечной радиацией, силой и направлением ветра, особенностями рельефа, характером растительности и другими климатическими показателями местности. (рис.22).
Особые микроклиматические условия создают не только растения, но и животные. Устойчивым микроклиматом обладают заселенные животными норы, дупла деревьев, пещеры. Наличие в одной местности многих микроклиматов обеспечивает сосуществование видов, обладающих неодинаковыми требованиями к внешней среде.
раздражители,
Общие законы действия факторов среды на организмы:
Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.
анабиозом.
Теплолюбивые организмы-
адаптации к изменению температуры.
Морфологические формы-
Физиологическая форма- способность изменять температуру тела и поддерживать ее постоянной по сравнению с температурой окружающей среды. Физиологическую форму можно рассматривать как поведенческую адаптацию- избежание неблагоприятных температурных воздействий. Примером является, перелет птиц, миграция птиц и животных; в пустыне, где днем поверхность почвы может нагреваться до 60- 70®С насекомые, млекопитающие зарываются в песок или прячутся в норы.
Другая поведенческая форма- это изменение типа питания на более калорийное. Например, белки в теплое время года питаются более ста видами кормов, зимой- семенами хвойных деревьев, богатыми жирами. Олени летом едят траву, зимой- лишайники, богатые белками, жирами, сахаристыми веществами.
На основании исследований животных в условиях одинакового климата и ландшафта определены экологические правила приспособления живых организмов, приобретения сходных изменений в окраске и телосложения.
Правило Глогера.
1. Закон оптимума. Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы (рис.1).
результат действия переменного фактора зависит, прежде всего, от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.
 |
|
|
зоной оптимума экологического фактора
Представители разных видов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной- для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.
Эвритермные
стенотермные, стенобатные, стеногалинные
стенобионтными ( экологически непластичные, узкоспециализированные, маловыносливые),
правило экологической индивидуальности видов
взаимодействия факторов.
закон минимума Ю. Либиха
а) выносливость организма определяется слабым звеном в цепи его экологических потребностей;
б) все условия среды, необходимые для поддержания жизни, имеют равную роль (закон равнозначности всех условий жизни), любой фактор может ограничивать возможности существования организма.
закон ограничивающих факторов, или
закон толерантности В. Шелфорда (1913):
Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей.
Любая природная система может развиваться только за счет использования материально- энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное развитие невозможно. Развитие природы подчиняется определенным законам.
Закон максимизации энергии, или закон Г. И Э. Одумов:
а) абсолютно безотходное производство невозможно,
б) любая развитая биотическая система, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу менее организованным (более примитивным) системам. Поэтому в биосфере невозможно повторное зарождение жизни- она будет уничтожена существующими организмами. Следовательно, воздействуя на среду обитания, человек должен нейтрализовать эти воздействии, поскольку они могут оказаться разрушительными для природы и самого человека.
Закон ограниченности природных ресурсов. Правило одного процента.
Поскольку планета Земля представляет собой естественное ограниченное целое, то на ней не могут существовать бесконечные части, поэтому все природные ресурсы Земли являются конечными. К неисчерпаемым ресурсам можно отнести энергетические, полагая, что энергия Солнца дает практически вечный источник получения полезной энергии. Ошибка здесь заключается в том, что при таких рассуждениях не учитываются ограничения, накладываемые самой энергетикой биосферы. Согласно правилу одного процента изменение энергетики природной системы в пределах 1% не выводит ее из равновесного состояния. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза) имеют суммарную энергию, не превышающую 1% от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность Земли. Искусственное же привнесение энергии в биосферу в наше время достигло значений, близких к предельным (отличающихся от них не более чем на один математический порядок- в 10 раз).
Принципы экологической классификации организмов.
сходные пути адаптации.
1. Классификация по отношению к органическому веществу или по характеру питания:
Автотрофы-, Гетеротрофы-
2. Классификация по функции в биогеоценозе:
а) продуценты- автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений.
б) консументы- гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы.
в) редуценты (деструкторы)- живут за счет мертвого органического вещества переводя его вновь в неорганические соединения.
3. Классификация по способу добывания пищи:
фильтраторы
пасущиеся формы
собиратели
охотники на движущуюся добычу
4. Классификация по местам обитания:
а) водные организмы подразделяются на: 1) бентосные ( обитают на дне); 2) планктонные (взвешанные, парящие в воде); 3) нектонные (быстро плавающие)ю
б) наземные организмы- огромное разнообразие форм, что связано с особенностями мест обитания.
в) почвенные организмы обычно классифицируют по размерам: микро-, мезо- и макробиоты.
5. Классификация организмов по жизненным формам,
Д. Н. Кашкаров классифицирует жизненные формы животных следующим образом. В основу положены приспособления для передвижения.
I. Плавающие формы:
1. Чисто водные:
а) нектон, б) планктон, в) бентос.
2. Полуводные:
а) ныряющие, б) неныряющие, в) лишь добывающие из воды пищу.
II. Роющие формы:
1. Абсолютные землерои ( всю жизнь проводят под землей).
2. Относительные землерои ( выходят на поверхность земли).
III. Наземные формы:
1. Не делающие нор:
а) бегающие, б) прыгающие, в) ползающие.
2. делающие норы:
а) бегающие, б) прыгающие, в) ползающие.
3. Животные скал.
IV. Древесные, лазающие формы:
а) не сходящие с деревьев, б) лишь лазающие по деревьям.
V. Воздушные формы:
а) добывающие пищу в воздухе, б) высматривающие ее с воздуха.
По отношению к влажности воздуха Д. Н. Кашкаров выделяет:
а) Влаголюбивые (гигрофильные), б) сухолюбивые
( ксерофильные) формы.
По питанию:
а) растительноядных, б) всеядных, в) хищных, г) могильщиков (трупоедов).
По месту размножения:
а) размножающихся под землей, б) на поверхности земли, в) в ярусе трав, г) в кустарниках, д) на деревьях.
Растения классифицируют на основании адаптации к окружающим условиям. Самое широкое распространение получила классификация жизненных форм растений, разработанная С. Раункиером. Она положена в основу современной классификации, в которой различают 6 жизненных форм растений:
1. Эпифиты- воздушные растения, не имеющие корней в почве. Поселяются они на стволах других более крупных растений. В лесах это наствольные лишайники, реже мхи. Из высших растений эпифиты многочисленны во влажных тропических лесах.
2. Фанерофиты- надземные растения (деревья, кустарники, лианы, стеблевые суккуленты, травянисто- стеблевые растения).
Почки возобновления находятся у них на вертикально расположенных побегах высоко под землей.
3. Хамефиты- травянистые растения с почками возобновления, расположенными у земли. В умеренных широтах побеги этих растений на зиму уходят под снег и не отмирают.
4.
