Какие экологические закономерности и закономерные явления используются в содержании новой методики
Обновлено: 04.07.2024
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Тема: Экология – комплекс наук о взаимоотношениях организмов с окружающей средой.
Цель : с формировать представление об экологии как комплексной сложной многогранной науке о взаимоотношениях живой и неживой природы , с формировать знания о предмете, объекте, задачах и методах науки о природе;
рассмотреть основные этапы развития экологии как науки; показать, что экологические знания являются основой взаимодействия человека с окружающей средой, рационального использования природных ресурсов.
Основные термины и понятия : экология, экологические факторы; воздушно-наземная среда, водная среда, почва, живые организмы как среда обитания. экология, аутэкология, синэкология, демэкология, биосферология, биоценология, мониторинг, моделирование, прогнозирование, картография, теоретическая экология, прикладная экология.
1. Экология. 10–11 классы: учеб. пособие для общеобразоват. организаций: базовый уровень / М. В. Аргунова, Д. В. Моргун, Т. А. Плюснина. – 2-е изд. – М.: Просвещение, 2018. – 143 с.
2.Экология. 10–11 классы: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / Н. М., Чернова, В. М. Галушин, В. М.: Константинов; под род. Н. М. Черновой. – 4-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2018. – 302 с
План лекции:
1. Экология как наука. Основы экологии. Место экологии среди биологических наук. Предмет и задачи современной экологии. Структура современной экологии.
2. Среда обитания и Экологические факторы. Законы экологии .
Содержание лекции:
1.Экология как наука. Основы экологии . Место экологии среди биологических наук. Предмет и задачи современной экологии Структура современной экологии .
Экология – общебиологическая комплексная междисциплинарная наука о закономерностях взаимоотношений живых организмов с окружающей средой. (Э. Геккель, 1866 г.).
Основные задачи экологии:
- выявление взаимосвязей между организмами, их сообществами и условиями среды обитания;
- изучение структуры и закономерностей функционирования сообществ организмов;
- наблюдение за изменениями в отдельных экосистемах и в биосфере в целом, прогнозирование их последствий;
- создание базы данных, и разработка рекомендаций для экологически безопасного планирования хозяйственной деятельности человека;
- применение экологических знаний в деле охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.
Экология изучает системы уровня выше отдельного организма. Основные объекты ее изучения – это популяция, экосистема, биосфера. Предметом изучения экологии являются биологические макросистемы – популяции , биоценозы , экосистемы – и их динамика во времени и пространстве .
Главная цель – вывести человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития, при котором достигается удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих поколений.
Изучением взаимоотношений организмов и условий среды ученые занимались с давних времен. На протяжении прошлого века до 60-70 гг. экология рассматривалась как часть науки биологии. Человек в этих системах не рассматривался. Предполагалось, что его взаимодействие с окружающей средой подчинялось не биологическим, а социальным законам.
Как самостоятельная наук а экология сформировалась лишь к началу двадцатого столетия. Здесь немаловажную роль сыграли:
- Климент Аркадьевич Тимирязев,
- Василий Васильевич Докучаев,
- Фредерик Клементс,
- Владимир Николаевич Сукачев и др.
Крупнейший ученый ХХ века Владимир Иванович Вернадский создаёт учение о биосфере.
В настоящее время термин экология существенно трансформировался, в связи с тем, что человек сильно влияет на окружающую среду. Поэтому возникла необходимость экологических знаний для всех специалистов.
Экология, как и любая другая наука, использует разнообразные методы исследований: общие методы, которые нашли свое применение во многих науках, и специфические, которые обычно используются только в экологии.
К общим методам экологических исследований относятся: химические, физические, биологические, метод индикации и др. Специфические методы экологии можно разделить на две группы: полевые и лабораторные.
Полевые методы предполагают изучение экологических явлений непосредственно в природе. Полевые методы, в свою очередь, могут быть маршрутными,
стационарными,
описательными и
экспериментальными.
Лабораторные методы дают возможность изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или моделированные биологические системы и получить приблизительные результаты. Выводы, полученные в лабораторном экологическом эксперименте, требуют обязательной проверки в природе.
В последнее время широкое распространение получил метод моделирования экологических явлений в природе и обществе.
На сегодняшний день роль экологии в жизни и практической деятельности человека растет. Это связано с обострением экологической ситуации на Земле, вызванной ростом населения, большим потреблением энергии, обострением социальных противоречий и др.
Структура современной экологии :
1. Теоретическая экология или фундаментальная (общая)экология вскрывает общие закономерности организации жизни, в том числе в связи с антропогенным воздействием на природные системы. Ее ядро – биологическая (классическая) экология.
2. Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального природопользования. – основа рационального природопользования и охраны природы.
Фундаментальную (общую) экологию подразделяют по уровням организации жизни на Земле:
1) аутэкология – экология организмов;
2) демэкология – экология популяций;
3) синэкология – экология сообществ;
4) биосферная экология.
Также выделяют Географическую экологию (геоэкология ) – раздел экологии, изучающий экологические закономерности географических процессов в экосистемах высоких уровней иерархии (суши, морских и пресных вод, высокогорий и др.); сюда же относится и геохимическая экология.
В настоящее время в экологии выделяют ряд научных отраслей и дисциплин:
· Экология растений, животных
· Экология города и т.д.
2. Среда обитания и Экологические факторы. Законы экологии :
Среда — одно из основных экологических понятий; под ним подразумевается комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях.
Она включает в себя совокупность абиотических и биотических факторов отдельного организма или биоценоза в целом, влияющих на их рост и развитие, т. е. это часть природы, непосредственно окружающая данные живые организмы, все то, среди чего они живут .
Природная среда – это среда, не измененная человеком или измененная в малой степени.
На нашей планете живые организмы освоили 4 среды обитания: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную.
Экологические факторы — свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.
Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.
Экологические факторы делятся на: абиотические, биотические, антропогенные.
Экологические факторы :
Тип факторов
Характеристика факторов
абиотические
Факторы неживой природы - физические и химические условия среды (температура, влажность, свет, движение воздушных масс (ветер), течение и солёность воды, осадки, снежный покров, магнитное поле Земли)
биотические
Под биотическими факторами среды понимают взаимное влияние живых организмов друг на друга. Условно биотические факторы можно разделить на внутривидовые и межвидовые
антропогенные
Это факторы, обусловленные деятельностью человека (загрязнение среды, неограниченная охота, разрушение среды обитания и т.д.)
Среды обитания организмов.
Характеристика
Адаптации организма к среде
Самая древняя. Освещенность убывает с глубиной. При погружении на каждые 10 м давление возрастает на 1 атмосферу. Дефицит кислорода. Степень солености возрастает при переходе от пресных вод к морским и океаническим. Относительно однородная (гомогенная) в пространстве и стабильная во времени
Обтекаемая форма тела, плавучесть, слизистые покровы, развитие воздухоносных полостей, осморегуляции.
Создана живыми организмами. Осваивалась одновременно с наземно-воздушной средой. Дефицит или полное отсутствие света. Высокая плотность. Четырехфазная (фазы: твердая, жидкая, газообразная, живые организмы). Неоднородная (гетерогенная) в пространстве. Во времени условия более постоянны, чем в наземно-воздушной среде обитания, но более динамичны, чем в водной и организменной
Форма тела вальковатая, слизистые покровы или гладкая поверхность, у некоторых имеется копательный аппарат, развитая мускулатура. Для многих групп характерны микроскопические или мелкие размеры как приспособление к жизни в пленочной воде или в воздухоносных порах
Разреженная. Обилие света и кислорода. Гетерогенная в пространстве. Очень динамичная во времени
Выработка опорного скелета, механизмов регуляции гидротермического режима. Освобождение полового процесса от жидкой среды
Очень древняя. Жидкая (кровь, лимфа) или твердая, плотная (ткани). Наибольшее постоянство среды во времени из всех сред обитания
Коадаптация паразита и хозяина, симбионтов друг к другу, выработка у паразита защиты от переваривания хозяином и системы заякоривания в среде, усиление полового размножения, редукция зрения, пищеварительной системы, синхронизация биоритмов
Приспособления организмов к среде носят названия адаптаций. Этот термин широко употребляется во всевозможных толкованиях. Поэтому дадим его развернутое определение.
Адаптация (позднелатинское adaptatio – приспособление, прилаживание), это совокупность морфофизиологических, поведенческих, популяционных и др. особенностей данного биологического вида, обеспечивающая возможность специфического образа жизни в определенных условиях внешней среды.
Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов.
Среди приспособлений живых организмов к среде особую роль играют морфологические адаптации. Изменения в наибольшей степени затрагивают органы, находящиеся в непосредственном соприкосновении с внешней средой. Морфологический тип приспособления животного или растения к определенным условиям обитания и определенному образу жизни называют жизненной формой организма.
Организмы могут приспосабливаться к изменениям условий окружающей среды активно, регулируя собственные процессы жизнедеятельности в зависимости от изменений окружающей среды. При пассивном формировании адаптаций к изменениям условий окружающей среды процессы жизнедеятельности организма подчинены этим изменениям.
Еще одним типом приспособлений организмов к изменениям условий окружающей среды является избежание этих изменений (миграции и кочевки рыб, птиц, млекопитающих и т.д.).
Каждый вид организмов в процессе своего исторического развития приспосабливается к определенным условиям существования, что определяет его ареал. Взаимодействие популяций вида со всем комплексом экологических факторов определенной среды обитания, в том числе с популяциями других видов, определяет место его популяций в системе биогеоценоза - экологическую нишу.
Экологическая ниша - положение вида в системе биогеоценоза, обусловлено его взаимодействием с другими видами, а также условиями среды обитания. В отличие от ареала, экологическая ниша является не только пространственным понятием. Она содержит в себе и совокупность условий жизни внутри экосистемы, приемлемые для вида, и пищевые взаимоотношения вида с другими видами группировки.
Адаптивные биологические ритмы :
Периодические изменения интенсивности экологических факторов влияют на формирования у живых существ адаптивных биологических ритмов:
суточных, приточно-отливных, сезонных, годовых и т.п..
Адаптивные биологические ритмы:
биологические ритмы
Характеристика биологических ритмов
Вследствие вращения Земли вокруг своей оси дважды в сутки меняется освещенность, что приводит колебаниям абиотических факторов, которые влияют на активность организмов. В частности, солнечный свет определяет периодичность фотосинтеза, испарения воды растениями, время открывания и закрывания цветков и т.п.
Приливно-отливные
Приливно-отливные ритмы обусловлены вращением Луны вокруг Земли. Четко они прослеживаются у жителей приливно-отливной зоны
Сезонные ритмы связаны с вращением Земли вокруг Солнца, что обуславливает годовые циклы изменений климатических условий. С определенным временем года у организмов связаны периоды размножения, развития, состояние зимнего покоя: у животных, в частности, линька, миграция, спячка, а у листопадных растений - ежегодная смена листьев
многолетние
Это циклы, связанные с периодическими изменениями солнечной активности в течение нескольких лет. Эти ритмы выражены не так четко, как сезонные. Примером многолетних циклов массовые размножения перелетной саранчи и некоторых других животных.
Относительно любого фактора среды вид имеет диапазон устойчивости (Толерантность). Если интенсивность какого-то фактора выходит за пределы толерантности, особи вида погибают. Биологическим оптимумом называют такие условия, в которых особи вида оказываются наиболее приспособленными. Фактор, который больше влияет на выживание, называют ограничительным (лимитирующим).
Законы экологии :
По Б. Коммонер :
1. Всё связано со всем -- отражает всеобщую связь процессов и явлений в природе.
2. Всё должно куда-то деваться – базируется на положении сохранения вещества и энергии.
4. Ничто не даётся даром – всё, что извлечено из природы, должно быть возмещено.
Закон толерантности Шелфорда(1913).
Закон толерантности, один из основополагающих принципов экологии, согласно которому присутствие или процветание каких-либо организмов в данном местообитании зависит от комплекса экологических факторов, к каждому из которых у организма существует определенный диапазон толерантности (выносливости).
Закон толерантности Шелфорда - закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме. Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха. Формулировка: "лимитирующим фактором процветания организма может быть, как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору".
Вывод закона Шелфорда : охранять окружающую среду - значит обеспечивать состав и режим экологических факторов в пределах унаследованной толерантности живого, в первую очередь, человеческого организма, т.е. управлять им так, чтобы ни один фактор не оказался лимитирующим по отношению к организмам. Из закона Шелфорда прямо вытекает следующий закон, определяющий возможность существования организма в пределах и невозможности существования за пределами диапазона толерантности.
Закон оптимума.
Закон оптимума - закон, согласно которому любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы, за пределами которых наступает угнетение жизнедеятельности организма.
Контроль знаний:
Дать ответы на вопросы:
2. Какие методы используются в экологических исследованиях, какова взаимосвязь экологии с другими дисциплинами?
3. Что такое среда обитания и факторы среды, каковы закономерности действия факторов среды на организм?
4. Какая существует классификация экологических факторов окружающей среды, приведите примеры и дайте характеристику?
5. Как организмы приспосабливаются к существованию в разных средах?
6. Какое значение имеют биологические ритмы для живых организмов?
7. Укажите, правильным ли является утверждение о том, что любая деятельность человека всегда отрицательно влияет на природу (ответ обоснуйте)
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Характеризуя экологию особей (аутэкологию), обычно показывают особенности и закономерности приспособления особей разных видов к своим местообитаниям и воздействиям факторов среды. Сюда относятся закономерности, связанные с обеспеченностью ресурсами и действием факторов среды. Организмы приспосабливаются, но все эти приспособления имеют в своей основе общие правила. Они-то и диктуют направление адаптации и ее ход. Зная эти правила, можно многое предсказать в морфологических и этологических переменах у животных при изменении условий их существования. Стало быть, если человек начнет когда-нибудь строить сообщества растений и животных, он должен хорошо знать эти закономерности, чтобы загодя представлять результаты своих усилий.
1. Соотношение поверхности и объема тела (закон поверхности тела).
В экологии имеются статистические закономерности между температурой и морфологическими приспособлениями животных. Они описаны у близких в систематическом отношении животных и не имеют абсолютного характера. Все они базируются на очень простом правиле:
| Поверхность тела животного пропорциональна квадрату его размера. Объем тела пропорционален кубу его размера. |
Именно поэтому чем крупнее животное, тем относительно меньше его поверхность тела. Она ведь с ростом размеров увеличивается в квадрате, тогда как объем растет в кубе! Соответственно, чем больше отношение поверхности к объему, тем меньше размеры животного. Эта закономерность соотношения изменений поверхности и объема диктует конструкцию животных. Так, например, потеря тепла организмом связана с величиной поверхности тела, ибо именно с нее происходит рассеивание энергии. У мелкого животного относительно большая энергопотеря. Рассмотренная закономерность отношения поверхности и объема тела лежит в основе нескольких экологических и зоогеографических правил.
Правило Бергмана:
| В пределах вида или однородной группы близких видов животных особи относительно более крупных размеров встречаются в более холодных областях. |
Это естественно, потому что чем крупнее животное, тем компактнее его тело, относительно меньше его поверхность и меньше потери тепла. Такому животному легче поддерживать постоянную температуру. Соответственно, мелкое животное имеет большую поверхность, больше излучает тепла и вынуждено поддерживать более высокий уровень обмена. У маленького зверька больше энерготрат и, естественно, должно быть более интенсивное питание, то есть восполнение трат.Иллюстраций этому правилу много. Так, среди волков крупнее всех полярные. Довольно однородная группа пингвинов в самых холодных областях представлена крупным королевским пингвином, а на экваторе обитает самый маленький пингвин — галапагосский.
Еще одно следствие соотношения поверхности и объема тела — правило Аллена:
| Придатки тела (уши, хвосты) тем короче, чем холоднее климат. |
Естественно, что длинные уши и хвосты способствуют повышенным энергопотерям, а на севере это не выгодно. В пустынях Африки живет маленькая лисичка — фенек, ее уши необычайно велики (каждое почти с голову зверька). В наших южных степях обитает лисичка корсак. Она невелика, но ее уши довольно крупны. Обыкновенная лисица, живущая в средних широтах, имеет хорошо заметные уши средней величины. А вот полярная лисичка — песец весьма короткоух. Его ушки практически не выступают из зимнего меха. Что же касается самого меха, то по его поводу тоже есть правило.
Правило мехового покрова:
| У млекопитающих холодных климатических зон мех более густой, чем у представителей этих же групп в более теплых странах. |
| ОГЛАВЛЕНИЕ |
| Вводная глава Что такое экология? |
| 1. Необходимость появления науки и ее лидеры в разное время |
| 2. Предмет и методы экологии |
| 3. Связь экологии с другими науками |
| 4. Область экологии — охрана природы |
| Глава I Факторы и ресурсы среды |
| 1. Классификация факторов |
| 2. Действие физических и биотических факторов |
| 3. Классификация ресурсов |
| 4. Описание основных ресурсов |
| Глава II Экология особи (аутэкология) |
| 1. Приспособление организмов к условиям среды |
| 2. Некоторые экологические закономерности |
| 3. Закономерности биологических ритмов |
| Глава III Основы учения о популяции |
| 1. Популяционная экология, характеристики популяций |
| 2. Закономерности в обеспеченности ресурсами |
| 3. Учение об экологической нише |
| 4. Перекрывание ниш и смещение признаков |
| 5. Динамика численности популяций |
| Глава IV Биоценозы, экосистемы, биосфера |
| 1. Экология сообществ (биоценология) |
| 2. Эволюция сообществ (учение о сукцессии) |
| 3. Некоторые проблемы биоценологии |
| 4. Биосфера Земли |
| Глава V Экосистемы урбанизированных ландшафтов |
| 1. Разнообразие населения разнообразие биоценозов |
| 2. Экология городской фауны и формирование сообществ |
| Глава VI Биоценотические закономерности эволюции городов |
| 1. Особенности городских экосистем |
| 2. Колонизация городов организмами из окрестных биоценозов |
| 3. Проявление экологических закономерностей в эволюции городов |
| 4. Стратегия охраны природы |
| Глава VII Законы экологии и деятельности человека |
| 1. Поле сельскохозяйственных культур с точки зрения эколога |
| 2. Смягчение экологических последствий введения монокультуры |
| 3. Глобальные воздействия человека на природу |
| 4. Изменять или сохранять природу |
| Глава VIII Природоохранное законодательство России |
| 1. Российский Закон об охране окружающей среды |
| Приложение |
| Хартия экологических прав и обязанностей отдельных лиц, групп и организаций |
| Краткий словарь терминов |
| Рекомендуемая литература |
Исходя из этого же правила, регламентирующего соотношение поверхности и объема тела, можно понять, почему микроорганизмы свободно летают (у них ведь огромная поверхность тела при очень небольшой массе), а слоны — нет (огромная масса при небольшой относительно поверхности тела).
2. Закон минимума (закон Либиха)
В 1840 году Ю. Либих высказал предположение, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его биологических потребностей. Он работал с растениями и изучал влияние разнообразных факторов на их жизнь. В процессе работы Ю. Либих установил, что урожай зерна ограничивается не теми питательными веществами, которые требуются растениям в больших количествах (такие, как углекислый газ и вода), а теми, которых требуется совсем немного и которых в почве меньше всего.
Принцип Либиха:
| Урожай определяется веществом, находящимся в минимуме. |
Итак, растения можно выращивать на синтетических средах, а для обеспечения их нормального роста необходимо известное количество химических элементов. Причем эти вещества должны быть разнообразны. Одни из них требуются в большом количестве, другие — в малом, а третьи вообще в виде следов. Особенно же важно, что одни элементы не могут быть заменены другими. Дело в том, что среда, содержащая все элементы в достатке, кроме одного (которого очень мало), обеспечивает рост растения лишь до того момента, пока количество минимального элемента не будет исчерпано. Рост, таким образом, ограничен нехваткой единственного элемента, количество которого оказалось ниже необходимого минимума.
Этот закон имеет и более общее значение и играет важную роль в аутэкологии. Для жизни и процветания организма нужна определенная совокупность условий. Если все условия оказываются благоприятными, за исключением одного, проявленного недостаточно, то в этом случае это последнее условие называют лимитирующим (ограничивающим) фактором. Оно-то и приобретает решающее значение для жизни данного организма.
Различия в толерантности: лисица толерантна в широких пределах и живет в разных местообитаниях и природных зонах, кабарга — только в горной тайге
3. Закон толерантности (закон Шелфорда)
Дальнейшее изучение закона минимума привело к осознанию того, что на организм отрицательно влияет не только недостаток вещества, (недостаточное действие фактора), но и его избыток (эта особенность была известна и самому Ю. Либиху). Существует еще и максимум фактора, его избыток. Соответственно, появляется и представление об ограничивающем влиянии на организм максимума наравне с минимумом. Это правило ввел в экологию в 1913 году В. Шелфорд.
Он сформулировал закон толерантности: Толерантность — способность организмов выносить отклонения экологических факторов от оптимальных для себя (толеранция — терпение по латыни).
| Организмы плохо реагируют как на недостаток, так и на избыток действия экологического фактора. Диапазон между максимумом и минимумом и составляет пределы толерантности организма. |
Таким образом, присутствие и процветание организма в данном местообитании определяется целым рядом условий. Отсутствие или невозможность процветания происходят из-за недостатка или, наоборот, избытка любого из факторов в данной среде. Их уровень может оказаться близким к пределам переносимого для данного организма, и они ограничивают его пребывание здесь.
С открытием закона толерантности была проделана масса экспериментов, благодаря которым стали известны пределы существования для многих растений и животных.
Изучая пределы толерантности для самых различных организмов и для различных факторов, ученые начали формулировать и правила распределения животных и растений в природе, исходя из их потребностей и их толерантности. Казалось бы, что пределы существования организмов легко выяснить в эксперименте и воспользоваться этими данными для описания природных сообществ. И вот здесь все чаще стали возникать ситуации, когда физические условия не выходят за пределы толерантности данного организма и все же он не может к ним приспособиться. Чаще всего это происходит вследствие различных биологических взаимоотношений. Пришлось дополнить закон толерантности некоторыми специфическими положениями. Как и в случае закона Либиха, здесь тоже появились исключения.
Введение
Человек и природа неотделимы друг от друга и тесно взаимосвязаны. Для человека, как и для общества в целом, природа является средой жизни и единственным источником необходимых для существования ресурсов. Природа и природные ресурсы - база, на которой живет и развивается человеческое общество, первоисточник удовлетворения материальных и духовных потребностей людей. Без природной среды общество существовать не может. Человек - часть природы и как живое существо своей элементарной жизнедеятельностью оказывает ощутимое влияние на природную среду. Преобразующее влияние человека на природу неизбежно. Вносимые его хозяйственной деятельностью изменения в при-роду усиливаются по мере развития производительных сил и увеличения массы веществ, вовлекаемых в хозяйственный оборот.
1 Экологический подход к биологическим системам
Экологический подход учитывает влияние экологических факторов. Пределы биосферы в экологическом аспекте – пространство, в границах которого внешние условия (факторы) среды стимулируют активную жизнедеятельность.
Экологические факторы – элементы или условия окружающей среды, которые способны оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы даже на одной фазе их развития.
В приспособлении к меняющимся факторам окружающей среды организмам помогает заложенный в них природой механизм адаптации. Адаптивные возможности различных организмов рассчитаны на определённую силу воздействия экологических факторов. Например, повышение или понижение температуры за границы адаптационной возможности может привести к гибели организма.
Экологические факторы подразделяются на три основные группы: абиотические, биотические, антропогенные.
Абиотические факторы учитывают влияние неживой природы. Их разделяют на:
климатические (свет, тепло, давление, влага, движение воздуха);
эдафогенные (эдафос - почва);
топографические (рельеф, высота над уровнем моря);
химические (газовый состав воздуха, химический состав водных ресурсов, почвы и т.д.).
. С повышением отметки над уровнем моря понижается температура, возрастает интенсивность солнечной радиации, воздух становится более разреженным, меняется состав почвы и многое другое. С изменением абиотических условий (в данном случае с изменением высоты над уровнем моря) мы можем наблюдать ярусную вертикальную зональность в областях распространения живых организмов, приспособленных к определённым условиям существования.
К абиотическим факторам относят также физические поля (гравитационное, магнитное, электромагнитное), ионизирующую и проникающую радиацию, движение сред – акустические колебания, волны, ветер, течения, приливы. Многие абиотические факторы могут быть охарактеризованы количественно и поддаются объективному измерению.
Биотические факторы включают в себя формы влияния одних живых организмов на другие. Все биотические факторы определены внутривидовыми и межвидовыми взаимодействиями. Окружающий органический мир – составная часть среды обитания каждого живого организма. Взаимоотношения между организмами сложнее абиотических воздействий. Большинство из них не имеет скалярных значений, трудно поддаётся прямому измерению, исключение составляют количественные оценки численности популяций, факторы, относящиеся к пищевым связям и некоторые другие.
Антропогенные факторы – факторы влияния человеческого общества на процессы, протекающие в биосфере. Антропогенные факторы приводят к изменению природы как среды существования тех или иных видов или же непосредственно влияют на их жизнь.
Сущность экологического подхода определяется двумя критериями В.И. Вернадского:
полем устойчивости жизни;
полем существования жизни.
Поле устойчивости жизни – условия, которые живые организмы выдерживают, находясь на грани своих возможностей.
Поле существования жизни – условия, при которых организм может давать потомство, т.е. увеличивать свою живую массу и действенную энергию планеты.
На развитие жизни, а, следовательно, на границы биосферы оказывают влияние многие факторы, например, наличие кислорода, углекислого газа, воды в её жидкой фазе. Ограничивают область распространения жизни слишком высокие или низкие температуры, дефицит или избыток элементов минерального питания.
Для жизни организмов необходимо определенное сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором. Первоначально было установлено, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей, влаги, света и т.п.
2 Закономерности развития экосистем
К закономерностям развития экологических систем относят:
1) усложнение структуры и насыщение видами;
2) повышение целостности экосистемы;
3) увеличение замкнутости и повышение автономности;
4) повышение степени преобразования абиотических компонентов.
В саморазвивающейся динамической системе всегда присутствуют два типа подсистем: первая сохраняет и закрепляет ее строение и функциональные особенности, а вторая ориентирована на ее изменение. Благодаря этому система имеет возможность самосохранения и развития в условиях обновляющейся среды существования. Также наблюдается тенденция всего сущего к усложнению организации путем нарастающей дифференциации функций и подсистем. При этом выполняются законы ускорения эволюции и вектора развития: развитие однонаправлено, а его темпы возрастают.
Для живого формулируется закон необратимости эволюции Л. Долло, согласно которому организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду предков. При этом действует закон последовательности прохождения фаз развития: фазы развития природной системы могут следовать лишь в эволюционно и функционально порядке, от простого к сложному, без выпадения промежуточных этапов, но, возможно, с очень быстрым их прохождением или эволюционно закрепленным отсутствием.
Закон сохранения массы в приложении к экосистемам звучит следующим образом: баланс вещества в системе количественно определяется разницей масс поступившего и вышедшего вещества за определенный промежуток времени.
Пеpвое начало теpмодинамики гласит, что энергия не создается ни из чего и не исчезает в никуда, а только переходит из одной формы в другую. Независимо от формы, энергия означает способность совершать работу.
Втоpое начало теpмодинамики: энергетические процессы могут идти самопроизвольно только при условии перехода энергии из концентрированной формы в рассеянную. То есть во всех процессах некоторая часть энергии теряет свою способность совершать работу и ухудшает свое качество. Втоpое начало теpмодинамики также формулируется через понятие энтpопии (мера беспорядка): процессы в изолиpованной системе сопpовождаются pостом энтpопии.
В откpытых системах, к котоpым относятся и экологические, могут идти пpоцессы как с возpастанием, так и уменьшением энтpопии. При этом в экосистеме вещество распределяется таким образом, что в одних местах энтропия возрастает, а в других резко снижается. В целом же, система не теряет своей организованности или высокой упорядоченности. Способность системы снижать неупорядоченность внутри себя иногда интерпретируют как способность накапливать отрицательную энтропию - негэнтропию.
Продолжая рассмотрение вопросов энтропии в экосистемах, стоит остановиться еще на двух положениях. Первое - положение Э.Шредингера, утверждающего, что упорядоченность организма (особи) всегда выше. чем окружающей его среды и, следовательно, организм отдает в эту среду компоненты менее организованные, чем те, которые он из этой среды получает. Следовательно, правомерно положение Хаасе о том, что организм питается негэнтропией, то есть энергетический показатель качества пищи всегда выше, чем тот же показатель продуктов диссимиляции.
Большое значение в развитии экологических систем имеет закон максимизации энергии и информации: система всегда стремиться к максимальному освоению поступающей к ней энергии и информации, что определяет ее устойчивость и конкурентоспособность.
Логическим развитием закона максимизации энергии и информации является закон минимума диссипации энергии Л. Онсагера или принцип экономии энергии: при вероятности развития процесса в некотором множестве направлений реализуется то, что обеспечивает минимум диссипации энергии. В качестве примеров минимальной траты энергии природных процессов можно привести такие далекие друг от друга естественные образования, как пчелиные соты и полигональные формы рельефа, представляющие собой те же шестигранники, но образующиеся в результате процессов промерзания-протаивания мерзлотных грунтов в тундре.
С этими законами органически связан принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из устойчивого равновесного состояния, равновесие смещается в том направлении, в котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Отсюда вытекает принцип тормозящего развития, суть которого сводится к тому, что в период наиболее интенсивного развития системы возникают также и максимально действующие тормозящие эффекты.
В открытой в теpмодинамическом отношении экосистеме мигpация вещества, энеpгии и инфоpмации пpоисходит как между элементами самой системы, так и чеpез ее гpаницы. Следовательно, правомерен принцип энергетической проводимости, утверждающий, что поток энергии, вещества и информации в экосистеме должен быть сквозным и охватывать все ее компоненты.
Важнейшее следствие из этого принципа - закон сохранения жизни, сформулированный Ю.Н. Куржаковским. Он гласит: жизнь может существовать лишь при движении через живое тело потока веществ, энергии и информации.
Исходя из pеального взаимодействия живых оpганизмов, обpазующих экосистему, между собой и сpедой их обитания, пpавомеpно вычленить в любой экосистеме взаимообусловленные совокупности биотических и абиотических компонентов, а также факторы среды.
Биоту, входящую в состав биогеоценоза или элементарной экосистемы, пpинято называть биоценозом, а пространство им занятое – биотопом. Cовокупности пpиpодных фактоpов, в свою очередь, опpеделяют и лимитиpуют pазвитие экосистем. Таким образом, абиотические компоненты в совокупности с биотическими и пpиpодными фактоpами, составляют экологические условия жизнеобитания.
Наиболее полно закономерности роста и развития растений как экологических систем изучены учеными-лесоводами на основе влияний древесных пород в свободных посадках, когда человек не вмешивается в формирование кроны.
Химическая природа соединений, выделяемых корнями растений в почву, в настоящее время уже расшифрована. Это витамины, сахара, органические кислоты, ферменты, гормоны, фенольные соединения. Состав корневых выделений неодинаков у разных видов растений.
Есть предположения, что корневые выделения свеклы обладают свойствами антибиотиков, и поэтому посадка ее с некоторыми культурами, в частности с морковью, может оказать на них оздоравливающее действие. При этом не следует забывать о соблюдении достаточного расстояния между растениями, так как мощная листва свеклы затеняет соседние культуры.
Косвенное взаимодействие растений друг на друга через почву лежит в основе правил чередования культур в севообороте.
Заключение
Когда в середине шестидесятых годов двадцатого столетия проблемы окружающей среды оказались в центре внимания мировой общественности, встал вопрос: сколько времени в запасе у человечества? Когда оно начнет пожинать плоды пренебрежительного отношения к окружающей его среде? Ученые рассчитали: через 30-35 лет. Это время настало. Мы стали свидетелями глобального экологического кризиса, спровоцированного деятельностью человека. Вместе с тем последние тридцать лет не прошли даром: создана более твердая научная основа понимания проблем окружающей среды, образованы регламентирующие органы на всех уровнях, организованы многочисленные общественные экологические группы, приняты полезные законы и постановления, достигнуты некоторые международные договоренности.
Однако ликвидируются в основном последствия, а не причины сложившегося положения. Например, люди применяют все новые средства борьбы с загрязнениями на автомобилях и стараются добывать все больше нефти вместо того, чтобы поставить под вопрос саму необходимость удовлетворения чрезмерных потребностей. Человечество безнадежно стремится спасти от вымирания несколько видов, не обращая внимание на собственный демографический взрыв, стирающий с лица земли природные экосистемы.
Основной вывод ясен: системы, противоречащие естественным принципам и законам, неустойчивы. Попытки сохранить их становятся все более дорогостоящими и сложными и в любом случае обречены на неудачу.
Чтобы принимать долгосрочные решения, необходимо обратить внимание на принципы, определяющие устойчивое развитие, а именно:
- стабилизация численности населения;
- переход к более энерго и ресурсосберегающему образу жизни;
- развитие экологически чистых источников энергии;
- создание малоотходных промышленных технологий;
- создание сбалансированного сельскохозяйственного производства, не истощающего почвенные и водные ресурсы и не загрязняющего землю и продукты питания;
Такой сценарий отнюдь не обязателен, если будут учтены экологические закономерности и ограничения, если человечество бросит значительные силы и средства в сферу своего воспроизводства, его оптимизации. Как показывает опыт, необходимо иметь средний доход на семью приблизительно около 15 - 20 тыс. долларов в год с тем, чтобы реально действовал регулируемый механизм депопуляции. В этом случае в обозримой перспективе человечество бесконфликтно сократится до 1 0 - 1 5 млрд человек. [4]
Подобное развитие событий отнюдь не обязательно, если будут учтены экологические закономерности и ограничения, если человечество вложит значительные силы и средства в сферу оптимизации своего воспроизводства. Проблема народонаселения потенциально вполне разрешима. Уже сегодня демографические процессы в мире имеют существенно различную региональную специфику, вплоть до их противоположной направленности. [5]
Результаты интродукции живых организмов в новую среду ( нередко за пределы естественного ареала) определяются чисто экологическими закономерностями . [6]
Геоэкология ( географическая, или ландшафтная, экология) - раздел экологии, основанный на приложении экологических закономерностей к географическим процессам, применительно к экосистемам высоких уровней иерархии. Предметом изучения геоэкологии являются крупные экосистемы - биогеоценозы, биосфера. [7]
В рамках биоэкологии до недавнего времени все было довольно ясно: экология особей и составленных ими видов - физиологическая экология и аутоэкология; экология популяций - популяционная экология, или демэкология; экология сообществ ( биоценозов) - синэкология; экология биогеоценозов и других экосистем - биогеоценология, или учение об экосистемах, в том числе экологические закономерности функционирования биосферы - учение о биосфере, или биосферология. В эту схему легко уложить и человека как вид, а опосредованно и общество. [8]
В экологии и биогеоценологии сформулированы экологические законы, правила и принципы. Авторство многих экологических закономерностей определить очень сложно, так как некоторые законы, правила и принципы экологии открывались повторно и многократно. [9]
Жнецы и охотники не полностью изолированные группы, между ними существуют постепенные переходы. Однако такое разделение на группы позволяет отчетливо выявить многие экологические закономерности . Так, для охотников характерно сложное территориальное поведение, а жнецы редко защищают свою территорию, но среди них чаще встречаются виды, ведущие сложный общественный образ жизни. [10]
Общим у них является пренебрежение к знаниям и использованию экологических закономерностей в общении человека и окружающей среды. [11]
Широкое использование этих средств в сельском, лесном и водном хозяйствах в случаях несоблюдения мер безопасности и профилактики, неосведомленности о степени ядовитости, стойкости и периоде последействия ядохимикатов часто обусловливает острые и хронические отравления домашних и диких млекопитающих и птиц, полезных насекомых и рыб. Кроме того, применение химических средств без соблюдения установленных правил может привести к нарушениям генетических и экологических закономерностей , уродствам у новорожденных, снижению воспроизводительной способности, продуктивности животных, ослаблению их общей резистенции к инфекциям. Некоторые химические соединения могут передаваться потомству трансовариально, другие - накапливаться в продуктах питания, кормах, почве и воде и надолго загрязнять среду обитания. [12]
Задача борьбы с последствиями переэксплуатации биологических ресурсов предусматривает изучение параметров популяций эксплуатируемых видов и разработку на этой основе норм воздействия промысла, не нарушающих, а, напротив, стимулирующих репродукцию в масштабах, полностью компенсирующих уровень промыслового изъятия. Вторичные последствия в виде упрощения структуры экосистем и снижения уровня биологического разнообразия тоже основываются на экологических закономерностях , поэтому главным образом определяется экономическая оценка биоресурсам. [13]
Борьба с вредными последствиями переэксплуатации биологических ресурсов - задача экологическая. Она предусматривает изучение параметров популяций эксплуатируемых видов и разработку на этой основе норм воздействия промысла, не нарушающих, а, напротив, стимулирующих репродукцию в масштабах, полностью компенсирующих уровень промыслового изъятия. Вторичные последствия в виде упрощения структуры экосистем и снижения уровня биологического разнообразия также основываются на экологических закономерностях . Соответственно и мероприятия по восстановлению устойчивости экосистем должны базироваться на экологической основе. Современные знания достаточны для активных форм воздействия на природные системы вплоть до искусственного конструирования экосистем с заданными свойствами в антропогенно-нарушенных ландшафтах. [14]
Восточно-средиземноморские области ( территория исторической области Палестины) относятся к Передней Азии, но связаны и со Средиземьем. Южные области ( АРЕ, Ливия, Тунис, Алжир и Марокко) значительно отличаются от северных территорий ( Пиренейский, Апеннинский и Балканский полуострова), но все Средиземье имеет общие экологические закономерности : субтропический зимний вегетационный период, арену эволюции тетраплоидных пшениц, крупносе-мянность культурных злаков, пищевых бобовых, льна и ряда других одомашненных растений. Однозернянки здесь не только дикие, но и культурные; выращивают их в Испании ( где площадь под ними около 120 000 га) специально на корм мулам и свиньям. Дикая двузернянка ( Trilicum dicoccoides) обитает среди дубовых разреженных лесов на территории, принадлежащей исторической области Палестине. [15]
Читайте также: