КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ЭКОЛОГИИ

Лекция 1 (4 часа). Общебиологические и системные представления.

Введение. Предмет и задачи экологии.

1. Основные понятия и определения экологии.

2. Современные экологические проблемы.

3. Экологические аспекты существования человека в современных условиях.

Введение

Жизненную важность экологической проблемы никому из нас не нужно доказывать. Однако эта очевидная реальность и создает трудности преподавания и познания вами экологии.

В действительности вопрос очень сложный и требует формирования нового стереотипа в поведении человека, следовательно курс должен формироваться как общеобразовательный и фундаментальный.

По терминологии академика Вернадского на любом структурном уровне от организма до биосферы мы вынуждены рассматривать систему, т.е. совокупность взаимосвязанных элементов, погруженных в другую, более широкую метасистему, в которой первая играет роль элемента, поэтому понятие экосистемы является центральным понятием курса.

Необходимо запомнить основной тезис о единстве природы, т.к. единство и взаимосвязь объектов природы требует рассмотрения конкретных экологических вопросов на единой системно-биологической и эволюционной основе.

В рамках глобальной экологической проблемы определяется рациональное поведение человека в природе, т.е. адекватная экология человеческой популяции. Эта экология может быть создана только на основе человеческого разума. Следовательно, необходимо тотальное распространение среди людей всех уровней образования и интеллекта научно обоснованной экологической концепции.

В результате вам необходимо будет знать:

1. Цели и задачи, систему исходных понятий экологии.

2. Основные закономерности взаимодействия живых организмов и природной среды.

3. Принципы организации и функционирования экологических систем.

4. Закономерность функционирования биоценозов.

5. Место и роль человека в биосфере земли, закономерности возникновения и развития антропосферы.

6. Общие принципы рационального природопользования или природопотребления.

7. Методы системного анализа и контроля природной сферы.

8. Основные антропогенные факторы воздействия на природную среду.

9. Умение предвидеть, экологические последствия (культурно-хозяйственной) человеческой деятельности.

10. Знать способы блокирования неблагоприятных (разрушительных) антропогенных факторов.

11. Оценивать состояние природной среды в процессе проектирования и создания новой техники и технологии и использовать это в инженерной, проектно-конструкторской и производственной деятельности, исходя из принципов сохранения и возобнавления природных ресурсов.

Курс экологии структурно состоит из 5 разделов:

1. Общебиологические и системные представления;

2. Взаимоотношения организмов и популяций с окружающей средой - аутэкология;

3. Закономерности, определяющие динамику популяции - демэкология;

4. Синэкология содержит сведения по основным аспектам функционирования биотических сообществ (биоценозов).

5. Эволюционные проблемы экологии, в т.ч. перспективы развития биосферы и роль человека в этом развитии.

1.1 Основные понятия и определения экологии

Слово «экология» впервые употребил Эрнест Геккель в 1866 году, обозначив им биологическую науку, изучающую взаимоотношения организмов с окружающей средой. Сейчас это слово стало обыденным и привычным. Дословно с греческого экология – наука о месте обитания. Другое понимание экология это экономика природы.

По определению русского ученого А. Я. Данилевского экология – наука о структуре и функции экологических систем и о механизмах, обеспечиваюших их гомеостазис.

В традиционной классификации наук экология относится к биологическому циклу. По представлению ученого эколога Юджина Одума место определено следующим образом:……….

Экология - системная наука. Она включает предметы пересекающих других биологических наук, но в одном аспекте, отражающем связи между средой и организмом, средой и популяцией, средой и сообществом популяций, физической средой и всеми живыми организмами (всей биотой).

Экологические системы, равно как и биогеоценозы, состоят из экологических компонентов, которые являются их основными материально-энергетическими составляющими.

К ним относятся: энергия (все лучевые, волновые и квантовые источники), газовый состав (атмосфера), вода (жидкая составляющая), почва как субстрат экосистем и биогеоценозов, автотрофы-продуценты, организмы (гетеротрофы-консументы и продуценты), а также информация.

Центральным в экологии является понятие экосистемы, введенное в 1935 году английским ученым З. Тенсли. Он считал, что в экосистему входит не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, что называем биома – место обитания в широком смысле.

Для более полного представления можно предоставить следующие уровни живого в природ

Рисунок 1.3 –Системные уровни живого в природе.

Растения синтезируют органические соединения, используя энергию солнца и питательные вещества из почвы и воды. Эти соединения служат растениям строительным материалам для создания тканей и поддерживают свои функции. Для высвобождения запасенной химической энергии растения разлагают органические соединения на исходные неорганические компоненты – СО₂, Н₂О, нитраты, фосфаты и т.д. – завершающая круговорот питательных веществ.

Т.к. растения готовят себе «пищу» сами, то их называют автотрофами (самопитающимися).

Животные извлекают необходимую им энергию из готовой пищи, поедая растения или других животных, поэтому их называют гетеротрофами (питающиеся другими). Разделение на авто- и гетеротрофов относительно, т.к. некоторые растения питаются животными (несекомыми).

Биота – множество всех организмов экосистемы – существует в форме сообщества, или совокупности всех популяций, занимающих данную территорию.

Крупная легко выделяемая единица сообщества, образованная под влиянием регионального климата с региональной биотой и субстратом – называемым биом. Эта группа экосистем со сходным типом растительности, определяемым сходными климатическими условиями.

Главные биомы Земли:

тундра; тайга; листопадный и дождевой лес умеренной зоны; степь умеренной зоны; чаппараль (это деревья и кустарники с жесткими вечнозелеными листьями, растущие в мягком умеренном климате, с влажной зимой и сухим летом); пустыня, тропический дождевой лес, тропический листопадный лес, тропический скрэб (кустарник), тропическая степь и саванна, горы (сложная зональность). И наконец, экосистема высшего уровня – это биосфера. Она представляет собой совокупность всех биомов и более мелких экосистем, которые в конечном счете все взаимосвязанны и взаимозависимы за счет глобальных процессов типа круговорота Н₂О и циркуляции атмосферы.

Атмосфера Земли (от греч. атмос – пар, и сфера - шар) – это газовая оболочка, окружающая Землю. Масса атмосферы составляет (5,15

5,9)10¹⁵ т. Атмосфера обеспечивает возможность жизни на Земле и оказывает большое влияние на разные стороны жизни человечества.

Существенное влияние на атмосферные процессы особенно на тепловой режим стратосферы оказывает озон. Озон сосредоточен в стратосфере, где вызывает поглощение УФ солнечной радиации. Средняя толщина озона [О₃] составляет 2,3-5,2 мм. Распределение озонового слоя над Землей представлено на рисунке 1.4. , его толщина изменяется в течение года: минимальная осенью, максимальная весной.

Рисунок 1.4-Распределение озонового слоя над поверхностью Земли.

Существуют и другие классификационные подходы по Р. Дажо и Мончадскому;

I физические – климатические и неклиматические

II. Основана на особенностях реакций организмов на действие факторов и от степени совершенства их адаптаций.

I. климат (наклон (греч.) – многолетний режим погоды для данной местности)

Макроклимат – по региону;

Мезоклимат – по местности;

Микроклимат – на уровне организма.

Факторы глобального климата: лучевая энергия; температура, освещенность, относительная влажность, осадки.

Климат характеризуется климограммой (графической зависимости температура – осадки форма замкнутой ломанной линии, каждая точка представляет среднюю температуру и среднее количество осадков. Солнечный свет – это фотосинтез интенсивной солнечной радиации и доля поглощения ее в атмосфере неравномерно распределены по спектру.

УФ с длиной волны

0,3 мкм не проходит через озоновый слой, видимый спектр ослабляется равномерно, ИК – лучи ослабляются в зависимости от длины волны. Солнечный свет проходит в воздухе и в воде, поэтому фотосинтез идет и под водо, но морские растения существуют лишь в эвфонической зоне (где интенсивность фотосинтеза меньше интенсивности дыхания растений). Точка компенсации приблизительно на глубине 100 м, поэтому ниже 100 м растительность не развивается, но животные могут жить и глубже.

На суше солнечный свет поглощается или отражается листьями растений, когда его не хватает возникает конкуренция. Фотосинтез обусловлен тем, что синие и красные лучи позлащаются хлорофиллом. Это создают прохладу под листьями в лесу.

Солнечная радиация воздействует на живое в зависимости от спектра излучения. Поэтому УФ – обладает сильным бактерицидным действием.

Температура. Разные виды приспособлены к разным температурным диапазонам. Влияние температуры на жизнедеятельности организмов характеризуется соотношением

, где