Предмет и основные задачи экологии.

История развития экологических знаний.

В истории экологии можно выделить несколько периодов, или этапов.

I. Накопление данных о жизни организмов и взаимоотношениях растений и животных со средой. I этап предыстории экологии как науки продолжался с глубокой древности до конца XVIII века. Он характеризовался появлением элементов экологических знаний в зоологических и ботанических трудах многих естествоиспытателей, среди которых особую роль сыграли труды «отца зоологии» Аристотеля и «отца ботаники» Феофраста, Карла Линнея, русского ученого-агронома А.Т. Болотова и академика П.С. Палласа.

II. Создание экологических направлений в пределах ботанической и зоологической географии. II этап развития экологии связывается с дальнейшей дифференциацией наук о живой природе (появлением ботанической и зоологической географии), а также их интеграцией (ранее существовавшие отдельно зоология, ботаника, анатомия и физиология объединяются в биологию) на почве эволюционного учения. Особое место в развитии данного этапа занимает деятельность Л. Гумбольдта, Ж.-Б. Ламарка, К.Ф. Рулье и его школы.

III. Формирование экологии животных и экологии растений как наук об адаптациях организмов. III этап развития экологии определяется развитием дарвинизма. Э. Геккель, вводя термин «экология», отмечал, что одной из задач данной науки является исследование всех тех взаимоотношений организмов, которые Ч. Дарвин условно обозначил как борьбу за существование. Отметить исследования почвоведа-географа В.В. Докучаева.

IV. Становление современной экологии. IV этап развития экологии, начавшийся в 20-х годах XX века, характеризуется становлением экологии как общебиологической науки, что отмечается в трудах В.Н. Сукачева, В.И. Вернадского. В последней трети XX века экология приобрела особое социальное звучание. Началась экологизация науки, образования и всех аспектов деятельности человеческого общества. Возникшая более 100 лет тому назад как учение о взаимосвязи организма и среды, экология превратилась в комплекс фундаментальных и прикладных дисциплин, названный Н.Ф. Реймерсом (1992) мегаэкологией.

Термин «биосфера» впервые ввел в научный обиход в 1875 г. австрийский геолог Э. Зюсс, в работах которого биосферу понимали как тонкую пленку жизни на земной поверхности, в значительной мере определяющую лик Земли. Большой вклад в формирование эколог.знаний внесли такие выдающиеся ученые, как шведский естествоиспытатель Карл Линней и франц. исследователь природы Жорж Бюффон, в трудах которых подчеркивалось ведущее значение климатических факторов.

Как самостоятельная наука экология сформировалась к началу двадцатого столетия. Большой вклад в ее развитие в XX в. внесли всемирно известные ученые-ботаники Тимирязев, Докучаев, Клементс, Сукачев и ряд других. Крупнейший русский ученый XX в. В.И. Вернадский создает учение о биосфере. Он показывает, какую огромную роль играют живые организмы в геохимических процессах на нашей планете. Он вводит новое понятие - ноосфера, что означает "мыслящая оболочка", то есть сфера разума. Современный этап развития экологической науки характеризуется признанием того, что проблемы окружающей среды затрагивают все страны мира. Определились приоритетные проблемы глобального характера, такие как изменения, в озоновом слое атмосферы, повышенное накопление углекислого газа, загрязнение океана, которые не имеет политических границ и решение, которых возможно только при объединении усилий ученых многих стран.

Типы наземных экосистем

- Тропический лес. Биом, лес в экваториальных (влажный экваториальный лес), субэкваториальных и влажнотропических районах с влажным климатом (2000—7000 мм осадков в год). В дополнение к чрезмерному выпадению осадков, влажные тропические леса характеризуются большим количеством постоянных (в противоположность мигрирующим) видов животных и огромным биоразнообразием флоры и фауны. - Тропические степи и саванны. Тропический тип биома, характеризующийся сочетанием травянистой растительности (преимущественно злаковой) с одиночно разбросанными деревьями и кустарниками (баобаб, зонтичные акации и др.). Саванны расположены в тех областях, где в год выпадает довольно большое количество осадков (700–1500 мм), но имеется один или два продолжительных сухих сезона, когда возникают пожары, представляющие собой важный фактор окружающей среды.- Пустыни (кустарниковые и травянистые). Характерна равнинная поверхность, разреженность или отсутствие флоры и специфической фауной. Благодаря удалённости от прогресса и устойчивой климатической, пустыни сохранили уникальные экологические системы. В некоторых странах участки пустынь включены в состав национальных заповедников. С другой стороны, человеческая деятельность вблизи пустынь (вырубка леса, перекрытие рек) привела к расширению пустынь.- Чапараль (кустарниковое сообщество). Субтропические формации вечнозеленых низкорослых ксерофитных кустарников с отдельными оголенными выходами горных пород.- Степи умеренной зоны. Тип биома, злаковники умеренной зоны, распространенные в внутриконтинентальных районах сев. и южн. полушарий. Сложился в условиях продолжительного жаркого лета и достаточно холодной зимы, при количестве осадков от 200 до 550 мм в год.- Листопадный лес умеренной зоны произрастают в районах с невысокими средними температурами, значительно меняющимися по сезонам. Здесь продолжителен летний период, зимы не очень суровы, осадки выпадают довольно равномерно в течение всего года. В отличие от тропических лесов, большинство лесов умеренного пояса устойчивы к нарушениям и очень быстро восстанавливаются после вырубки.- Бореальные хвойные леса (тайга) распространены в районах субарктического климата. Эти хвойные леса почти непрерывной полосой протягиваются через Северную Америку, Азию и Европу непосредственно к югу от арктической тундры.-Тундра: арктическая и альпийская. В структуре ландшафтов преобладают пятнистые и полигональные равнинные тундры, бугристые болота, заросли кустарников в долинах тундровых рек. Биом имеет циркумполярное размещение.

 

Понятие экологической ниши.

Экологическая ниша - совокупность всех факторов и ресурсов среды, в «пределах которой могут существовать виды в природе. Экологическая ниша -абстрактное понятие, показывающее, какие необходимы общие показатели условий и ресурсов среды для организмов.

Экологическая ниша отражает функциональную роль популяции в сообществе (биоценозе) живых организмов. Понятие «экологическая ниша» было введено в 1917 г. Гринеллом для определения роли вида в сообществе организмов (биоценозе).

Ниша характеризуется как пространство, занимаемое популяцией, "дом" и набор ресурсов, необходимых для ее существования.

Экологическая ниша - общая сумма всех требований организма к условиям существования, включая занимаемое им пространство, функциональную роль в сообществе и толерантность по отношению к факторам среды - температуре, влажности, кислотности, составу почвы.

Экологическая ниша - n-мерная фигура, гиперобъем, в пределах которого возможно поддержание жизни организмов. В понятие ниши включаются не только условия жизни (влажность, соленость, температура), но и ресурсы, необходимые для жизни.

Различают пространственную, трофическую и многомерную ниши.

Пространственная ниша - это ниша обитания. Трофическая ниша характеризует особенности питания, роль организма в сообществе.

Многомерная ниша - это диапазон всех условий, при которых живет и воспроизводит себя особь или популяция. Многомерная ниша - область, охватывающая диапазон толерантности по каждому фактору.

Фундаментальная (потетральная) ниша — это ниша, в которой физические условия оптимальны, отсутствует конкуренция, хищники и другие враги. Реализованная ниша - фактический диапазон условий существования организма. Реализованная ниша равна или меньше фундаментальной.

Два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу (принцип Гаузе). Явление разделения экологической ниши в результате межвидовой конкуренции называется экологической диверсификацией. Диверсификация осуществляется по трем параметрам: пространственному размещению, пищевому рациону, распределению активности по времени.

Рассмотрим результаты опытов Гаузе с позиций понятия о экологической нише. Когда конкурировали P. aurelia и P. caudatum, P. aurelia имела реализованную нишу, а Р. caudatum ее лишилась и была вытеснена в конкурентной борьбе. Иначе говоря, произошло конкурентное исключение P. caudatum. Принцип конкурентного исключения, сформулированный Г.Ф. Гаузе для близких по экологии видов и известный в мировой литературе как принцип Гаузе может быть сформулирован так: одна ниша - один вид. Это, означает, что два вида не уживаются в одной экологической нише,

В случае, когда конкурировали P. aurelia и P. bursaria, каждый вид имел реализованную нишу, заметно отличающуюся от ниши другого вида. Следовательно, их сосуществование было связано с разграничением реализованных ниш.

Таким образом, способность видов существовать в одном биогеоценозе достигается расхождением требований к среде обитания, изменением образа жизни, т.е. разделением ниш.

 

Экологические пирамиды

Пищевые сети служат основой для построения экологических пирамид. Простейшими из них являются пирамиды численности, которые отражают количество организмов (отдельных особей) на каждом трофическом уровне. Для удобства анализа эти количества отображаются прямоугольниками, длина которых пропорциональна количеству организмов, обитающих в изучаемой экосистеме, либо логарифму этого количества. Часто пирамиды численности строят в расчёте на единицу площади (в наземных экосистемах) или объёма (в водных экосистемах).В пирамидах численности дерево и колосок учитываются одинаково, несмотря на их различную массу. Поэтому более удобно использовать пирамиды биомассы, которые рассчитываются не по количеству особей на каждом трофическом уровне, а по их суммарной массе. Построение пирамид биомассы – более сложный и длительный процесс.Пирамиды биомассы не отражают энергетической значимости организмов и не учитывают скорость потребления биомассы. Это может приводить к аномалиям в виде перевёрнутых пирамид. Выходом из положения является построение наиболее сложных пирамид – пирамид энергии. Они показывают количество энергии, прошедшее через каждый трофический уровень экосистемы за определённый промежуток времени (например, за год – чтобы учесть сезонные колебания). В основание пирамиды энергии часто добавляют прямоугольник, показывающий приток солнечной энергии. Пирамиды энергии позволяют сравнивать энергетическую значимость популяций внутри экосистемы. Так, доля энергии, проходящей через почвенных бактерий, несмотря на их ничтожную биомассу, может составлять десятки процентов от общего потока энергии, проходящего через первичных консументов.

Продуктивность биоценозов

Органическое вещество, производимое автотрофами, называется первичной продукцией. Скорость накопления энергии первичными продуцентами называется валовой первичной продуктивностью, а скорость накопления органических веществ – чистой первичной продуктивностью. ВПП примерно на 20 % выше, чем ЧПП, так как часть энергии растения тратят на дыхание. Всего растения усваивают около процента солнечной энергии, поглощённой ими. При поедании одних организмов другими вещество и пища переходят на следующий трофический уровень. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофами, называется вторичной продукцией. Поскольку гетеротрофы дышат и выделяют непереваренные остатки, в каждом звене часть энергии теряется. Это накладывает существенное ограничение на длину пищевых цепей; количество звеньев в них редко бывает больше 6. Отметим, что эффективность переноса энергии от одних организмов к другим значительно выше, чем эффективность производства первичной продукции. Средняя эффективность переноса энергии от растения к животному составляет около 10 %, а от животного к животному – 20 %. Обычно растительная пища энергетически менее ценна, так как в ней содержится большое количество целлюлозы и древесины, не перевариваемых большинством животных.Изучение продуктивности экосистем важно для их рационального использования. Эффективность экосистем может быть повышена за счёт повышения урожайности, уменьшения помех со стороны других организмов (например, сорняков по отношению к сельскохозяйственным культурам), использования культур, более приспобленных к условиям данной экосистемы. По отношению к животным необходимо знать максимальный уровень добычи (то есть количество особей, которые можно изъять из популяции за определённый промежуток времени без ущерба для её дальнейшей продуктивности).

Предмет и основные задачи экологии.

Экология - биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Этот термин был предложен в 1866 г. немецким зоологом Эрнстом Геккелем. Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки в тесной связи с другими естественными науками - химией, физикой, геологией, географией, математикой. Становление экологии стало возможным после того, как были накоплены обширные сведения о многообразии живых организмов на Земле и особенностях их образа жизни в различных местообитаниях, и возникло понимание, что строение, функционирование и развитие всех живых существ, их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые необходимо изучать.

Невозможно охранять природу, пользоваться ею, не зная, как она устроена, по каким законам существует и развивается, как реагирует на воздействия человека, какие предельно допустимые нагрузки на природные системы может позволить себе общество, чтобы не разрушить их. Все это и является предметом экологии.

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологи - экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяции, т. е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень). Основной, традиционной частью экологии как биологической науки является общая экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды (включая человека как биологическое существо).

Основными задачами экологии являются:

1. Изучение закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенными воздействиями на природные системы и биосферу в целом, а именно: а) закономерности размещения живых организмов в пространстве; б) изменение численности организмов; в) поток энергии через живые системы и круговорот веществ, происходящий при участии живых организмов;

2. Создание научной основы эксплуатации биологических ресурсов, прогноз

изменений природы под влиянием деятельности человека и управления

процессами, протекающими в биосфере, сохранение среды обитания человека и всех живых организмов;

3. Разработка системы мероприятий, обеспечивающих минимум применения

химических средств борьбы с вредными видами организмов;

4. Регуляция численности живых организмов;

5. Экологическая индикация состояния и загрязнения природных сред.

Все вышеперечисленные задачи направлены на сохранение биологического разнообразия как основного условия устойчивого развития природы и общества.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Таким образом, экология становится одной из важнейших наук будущего и «возможно, само существование человека на нашей планете будет зависеть от ее прогресса».

Роль экологических знаний в жизни человека всегда была огромна. В период охоты и собирательства знания об образе жизни животных и растений передавались устно от родителей к детям и обогащались благодаря опыту и наблюдательности. Постепенно люди стали накапливать знания об оптимальных сроках посева и сбора урожая, о свойствах почв и удобрений, о влиянии растений друг на друга, о пищевых потребностях животных и.т.д. Когда экология сформировалась как наука (начало 20 века), ее роль для практики резко возросла. Появилась возможность предсказывать последствия хозяйственной деятельности и давать рекомендации, как развивать сельское хозяйство и промышленность, вести промысел, не истощая природные ресурсы и не нарушая природные сообщества.

Использование человеком природных богатств при полном незнании законов природы часто приводит к тяжелым, непоправимым последствиям. В качестве яркого примера можно привести Аральский кризис. Если государства имеют границы, то у природы их нет. Воздушные массы и воды перемещаются на большие расстояния. Из-за экологической безграмотности и в погоне за сиюминутной выгодой многие не хотят задумываться о будущем, а все наши негативные вмешательства в гармонию природы вернутся бумерангом, и в конце концов пострадает сам человек.

Экологическая наука накопила существенный образовательный, воспитательный потенциал и подтвержденные исторической практикой доказательства о необходимости создания экологически образованного общества, мотивации каждого человека к получению знаний по экологии. Теория и практика показали, что экологическая составляющая является неотъемлемой частью человеческого развития. С экологической точки зрения, устойчивое развитие должно обеспечивать целостность биологических и физических природных систем.