Предмет экологии, ее структура, задачи экологии

Лекции по экологии

СОДЕРЖАНИЕ

Лекция 1. предмет экологии.. 5

1.1. Предмет экологии, ее структура, задачи экологии. 5

1.2. Структура экологии. 5

1.3. Основные задачи экологии. 5

1.4. Основные понятия экологии. 5

1.5. Признаки популяции. 6

Лекция 2. Учение о биосфере.. 6

2.1. Учение о биосфере. 6

2.2. Строение биосферы.. 7

2.3. Ноосфера. 7

Лекция 3. Классификация и свойства экосистем... 8

3.1. Состав и структура экосистем.. 8

3.2. Трофическая цепь. 8

3.3. Энергетика и продукция экосистемы.. 8

3.4. Экологические пирамиды.. 9

3.5. Виды экосистем.. 9

Лекция 4. Динамические процессы в экосистемах.. 10

4.1. Подвижность экосистемы.. 10

4.2. Гомеостаз. 10

4.3. Сукцессия. 11

4.4. Климакс. 11

Лекция 5. Экологические факторы окружающей среды... 13

5.1. Понятие экологический фактор. 13

5.2. Классификация экологических факторов. 13

Лекция 6. Абиотические факторы окружающей среды... 13

6.1. Общие закономерности распределения уровней и региональных режимов экологических факторов. 13

6.2. Космические факторы.. 14

6.3. Лучистая энергия Солнца и её значение для организмов. 14

6.4. Абиотические факторы наземной среды.. 14

6.5. Абиотические факторы водной среды.. 15

6.6. Абиотические факторы почвенного покрова. 15

6.7. Биогеные вещества как экологические факторы.. 15

Лекция 7. Биотические факторы окружающей среды... 16

7.1. Биотические факторы.. 16

7.2. Взаимодействия между живыми организмами. 16

7.3. Биотические факторы почвы.. 16

7.4. Биологически активные вещества живых организмов. 16

7.5. Антропогенные экологические факторы.. 17

Лекция 8. Общие закономерности взаимодействия организмов и экологических факторов.. 17

8.1. Закон лимитирующего фактора (закон Либиха) 17

8.2. Закон толерантности (закон Шелфорда) 17

8.3. Толерантность. 18

8.4. Адаптация. 20

Лекция 9. Природные ресурсы... 20

9.1. Классификация природных ресурсов. 20

9.2. Основные виды природных ресурсов. 21

Лекция 10. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 22

10.1. Основные виды антропогенных воздействий на биосферу. 22

10.2. Загрязнения. 22

10.3. Приоритетные загрязняющие вещества. 22

10.4. Виды и характер загрязнения окружающей среды.. 23

Лекция 11. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА АТМОСФЕРУ.. 23

11.1. Охрана атмосферного воздуха. 23

11.2. Загрязнение атмосферного воздуха. 23

11.3. Основные источники загрязнения атмосферы.. 24

11.4. Экологические последствия загрязнения атмосферы.. 24

11.5. Смог. 25

Лекция 12. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ГИДРОСФЕРУ.. 25

12.1. Загрязнение гидросферы.. 25

12.2. Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод. 27

12.3. Экологические последствия загрязнения пресноводных экосистем. Эвтрофикация 27

12.4. Экологические последствия загрязнения морских экосистем.. 28

12.5. Истощение подземных вод. 29

12.6. Истощение поверхностных вод. 29

12.7. Создание водохранилищ.. 29

Лекция 13. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЛИТОСФЕРУ.. 30

13.1. Воздействия на литосферу. 30

13.2. Воздействия на почвы.. 30

13.3. Эрозия почв. 30

13.4. Загрязнение почв. 31

13.5. Вторичное засоление почв. 32

13.6. Заболачивание почв. 32

13.7. Опустынивание. 32

13.8. Отчуждение земель. 32

13.9. Воздействия на недра. 32

Лекция 14. УПРАВЛЕНИЕ ОТХОДАМИ.. 33

14.1. Проблема отходов. 33

14.2. Классификация отходов. 33

14.3. Основные принципы обращения с отходами. 33

14.4. Санитарная очистка. 34

Лекция 15. Глобальные экологические проблемы... 35

15.1. Причины экологического кризиса. 35

15.2. Глобальные экологические проблемы.. 35

15.3. Загрязнение атмосферы.. 35

15.4. Загрязнение почвы.. 35

15.5. Загрязнение воды.. 36

15.6. Проблема озонового слоя. 36

15.7. Проблема кислотных осадков. 36

15.8. Проблема парникового эффекта. 36

15.9. Проблема перенаселения планеты.. 37

15.10. Энергетическая проблема. 37

15.11. Сырьевая проблема. 37

15.12. Пути решения экологических проблем.. 37

Лекция 16. Влияние загрязнения окружающей среды на здоровье населения 38

16.1. Действия загрязняющих веществ. 38

16.2. Последствия загрязнения атмосферы.. 38

16.3. Последствия загрязнения гидросферы.. 38

16.4. Действие шума и вибрации. 39

Лекция 17. Санитарно- гигиеническое нормирование.. 39

17.1. Санитарно- гигиеническое нормирование. 39

17.2. Нормирование загрязняющих веществ в воздухе. 39

17.3. Нормирование загрязняющих веществ в водных объектах. 40

17.4. Нормирование загрязняющих веществ в почве. 40

17.5. Нормирование физических воздействий. 40

17.6. Регламентация выбросов загрязнений в окружающую среду. 40

18.1. Санитарно-защитные зоны.. 41

Лекция 18. Экологический мониторинг.. 41

18.2. Понятие экологического мониторинга. 41

18.3. Задачи экологического мониторинга. 41

18.4. Классификация мониторинга. 42

18.5. Оценка фактического состояния окружающей среды.. 42

18.6. Единая государственная система экологического мониторинга. 42

Лекция 19. Экономика природопользования.. 42

19.1. Экономические механизмы природопользования. 42

19.2. Платы за пользование природными ресурсами. 43

19.3. Платы за загрязнение окружающей среды.. 43

19.4. Оценка экологических ущербов. 44

19.5. Оценка экономических ущербов. 44

Лекция 20. Основы экологического права.. 44

20.1. Понятие экологического права. 44

20.2. Право собственности на природные объекты.. 45

20.3. Экологическое нормирование. 45

20.4. Экологическая паспортизация. 45

20.5. Экологический контроль. 45

20.6. Юридическая ответственность за экологические правонарушения. 46

Лекция 21. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды... 46

21.1. Объекты международного сотрудничества. 46

21.2. Принципы международного сотрудничества. 46

21.3. Международные организации. 47

21.4. Конференции и соглашения. 47

21.5. Концепция устойчивого развития. 48

 

Лекция 1. предмет экологии

Структура экологии

Общие закономерности взаимодействия любых живых существ, включая и человека как биологическое существо, изучает наука – общая экология, в состав которой входят следующие разделы:

- аутэкология – исследующая индивидуальные связи отдельного организма (особи) с окружающей средой;

- популяционная экология (демэкология) – изучающая структуру и динамику популяций отдельных видов

- синэкология (биоценология) – изучающая взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем.

В настоящее время экология вышла за рамки сугубо биологической науки и превратилась в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. В связи с обострением экологической обстановки наблюдается «экологизация» всех наук и отраслей народного хозяйства, т. е. обязательному учету законов и требований экологии при осуществлении любой деятельности.

В таком качестве экологию разделяют на 2 части – теоретическую и прикладную:

- теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни в экосистемах и самой биосфере как глобальной экосистеме Земли, на основе законов общей экологии, учения о биосфере и положений экологии человека;

- прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса, разрабатывает принципы рационального природопользования на основе законов, правил и принципов теоретической экологии.

Основные задачи экологии

Основные задачи экологии:

- Исследование закономерностей организации жизни в природных системах, в том числе при антропогенном воздействии на эти системы.

- Создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов, прогнозирование изменения природы в результате деятельности человека, управление процессами, протекающими в биосфере.

- Регуляция численности популяций.

- Восстановление нарушенных природных систем и сохранение эталонных участков биосферы.

- Формирование биосферного мышления и экологического сознания у людей, выработка норм экологической этики и морали.

- Оптимизация экономических, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития общества и государства.

Основные понятия экологии

Вид – совокупность особей, обладающих общими морфофизиологическими признаками, занимающих свою область обитания, способных в природных условиях скрещиваться друг с другом.

Популяция – совокупность особей одного вида, объединённых общими условиями существования.

Биоценоз – совокупность популяций, которая функционирует в определённом пространстве абиотической среды – биотопе. Биоценоз и биотоп функционируют как единое целое или экосистема.

Экосистема – совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной связи друг с другом. Примером экосистемы могут быть лес, луг, озеро.

Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира, и мира микроорганизмов), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы.

Понятие экосистема и биогеоценоз не синонимы: экосистема – это капля воды с микроорганизмами, лес, горшок, биологические очистные сооружения, космический корабль, но при этом биогеоценозом они не являются. Экосистема может включать несколько биогеоценозов. Т. о. понятие «экосистема» шире, чем биогеоценоз, т.е. любой биогеоценоз является экосистемой, но не любая экосистема может считаться биогеоценозом, причем биогеоценозы – это сугубо наземные образования, имеющие свои четкие границы.

Биосфера – (bios – жизнь, spharia – шар) – это сумма экосистем, включающая все живые организмы, взаимосвязанные с физической средой Земли. Оболочка Земли, в которой развивается жизнь разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы, гидросферу. В своей основе биосфера представляет собой результат взаимодействия живой и неживой материи.

Признаки популяции

Популяция характеризуется рядом признаков:

- плотность – количество особей или биомассы на единицу площади;

- рождаемость – способность популяции к увеличению численности;

- смертность – гибель особей в популяции;

- возрастная структура, распределение в пространстве, кривая роста и т.п.

Для исследования возpастных стpуктуp популяций используют гpафические пpиемы, напpимеp возpастные пиpамиды популяции, шиpоко используемые в демогpафических исследованиях (рис.). Возрастной состав популяции – соотношение разных возрастных групп. В быстрорастущих популяциях значительную долю составляют молодые особи, в популяциях, находящихся в стабильном состоянии, возрастное распределение равномерно, а в отмирающих содержится большая доля старых особей.

Рис.2. Возрастные пирамиды популяции.

А - массовое размножение,

В - стабильная популяция,

С - сокращающаяся популяция.

Лекция 2. Учение о биосфере

Учение о биосфере

Правильно понять, найти рациональное решение проблемы взаимодействия системы «общество – техника – природа» помогает учение о биосфере, принадлежащее русскому ученому Владимиру Ивановичу Вернадскому.

Биосфера – наружная оболочка Земли, область распространения жизни, которая включает все живые организмы и все элементы неживой природы, образующие среду обитания живых организмов.

Биосфера по Вернадскому представляет собой сложную природную систему и включает:

- «живое вещество», т.е. множество живых организмов.

- «биогенное вещество», т.е. органоминеральные или органические продукты, созданные живым веществом (каменный уголь, торф, подстилка, гумус - верхний плодородный слой почвы).

- «биокосное вещество», созданное живыми организмами вместе с неживой природой (вода, атмосфера, осадочные породы).

- «косное вещество», образованное без участия живых организмов (магматические горные породы).

Строение биосферы

Биосфера охватывает:

- нижнюю часть атмосферы;

- всю гидросферу – океаны, моря, поверхностные воды суши;

- верхнюю часть литосферы.

Верхней границей биосферы является озоновый слой (20-30 км от земной поверхности), а её нижняя граница не опускается в литосферу ниже 2-3 км – к биосфере относятся верхние горизонты литосферы, подвергающиеся ныне (или подвергавшиеся в прошлом) воздействию живых организмов.

Основу жизни на Земле составляет процесс фотосинтеза, осуществляемый наземными растениями, пресноводными водорослями и морским фитопланктоном. Кислород атмосферы Земли является результатом фотосинтеза.

В настоящее время на Земле насчитывается 1265500 видов организмов (1 млн. видов животных и 265500 видов растений).

Биосфера распределена по поверхности Земли неравномерно. Она сформирована в виде природных комплексов, которые называются экосистемами (экологическими системами), или биоценозами.

Питание, дыхание и размножение организмов и связанные с ними процессы создания, накопления и распада органического вещества обеспечивают постоянный круговорот вещества и энергии.

Биосфера является единственным местом обитания человека и других живых организмов, причём из построений Вернадского и ряда других учёных следует закон незаменимости биосферы.

Биосфера – это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

Понятно, что в данном законе имеются в виду возмущения природного происхождения, поскольку антропогенные возмущения могут представлять собой катастрофу на биосферном уровне.

Из этого закона следует, что конечная задача охраны природы – это сохранение биосферы как естественного и единственного места обитания человеческого общества.

Ноосфера

Современные философские концепции сводятся к тому, что процесс взаимодействия общества и биосферы должен быть управляем, с тем, чтобы неизбежный НТП не привёл к деградации биосферы как среды обитания общества.

В отличие от биогенеза этот этап эволюции биосферы рассматривают как этап разумного развития, т.е. ноогенеза. Соответственно происходит постепенное превращение биосферы в ноосферу.

Ноосфера – оболочка Земли, включающая общество с промышленностью, языком, хозяйственной деятельностью, религией и всеми иными атрибутами.

Основателем учения о ноосфере в ее современном понимании был В.И. Вернадский.

Закон ноосферы Вернадского имеет следующую формулировку:

Биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т.е. в сферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы человек – природа.

Трофическая цепь

Трофическая цепь (то же, что пищевая цепь, цепь питания) – последовательный ряд видов животных и микроорганизмов, в котором каждый предыдущий служит источником пищи для последующего.

С точки зрения трофической структуры выделяют следующие организмы:

- автотрофы (иначе продуценты) – организмы, которые способны синтезировать органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза;

- гетеротрофы – организмы, которые не могут строить собственное вещество из минеральных компонентов, а вынуждены использовать то, что создано автотрофами, поедая их.

Среди гетеротрофов выделяют:

- консументы первого порядка (фитофаги, травоядные, растительноядные) – поедают растительную пищу;

- консументы второго порядка (зоофаги, хищники) – поедают животную пищу;

- редуценты (сапрофиты, деструкторы) – разлагают отмершую органику до неорганических веществ.

Примерами трофических цепей могут служить:

- ягель ® олень ® волк (экосистема тундры);

- трава ® корова ® человек (антропогенная экосистема);

- микроскопические водоросли (фитопланктон) ® жучки и дафнии (зоопланктон) ® плотва ® щука ® чайки (водная экосистема).

Экологические пирамиды

Трофическую структуру можно изобразить графически, в виде так называемых экологических пирамид.

Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Известны три основных типа экологических пирамид:

- пирамида чисел, отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона);

- пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества;

- пирамида энергии, имеющая универсальный характер, показывающая изменение первичной продукции (или энергии) на последовательных трофических уровнях.

Пирамида чисел отображает отчетливую закономерность, обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается (рис.).

Рис. 5. Упрощенная схема пирамиды Элтона

 

Рис.7. Пиpамида пеpедачи энеpгии по пищевой цепи

 

Виды экосистем

Существует несколько классификаций экосистем.

Экосистемы по характеру происхождения:

- природные (болото, луг);

- искусственные (пашня, сад, космический корабль).

Экосистемы по размерам:

- микроэкосистемы (например, ствол упавшего дерева или поляна в лесу);

- мезоэкосистемы (лесной массив или степной колок);

- макроэкосистемы (тайга, море);

- экосистемы глобального уровня (планеты Земля).

Экосистемы по типу источника энергии:

- движимые Солнцем, малосубсидируемые – получают энергию практически только от Солнца и имеют низкую продуктивность (открытые океаны, высокогорные леса);

- движимые Солнцем, субсидируемые другими естественными источниками – экосистемы, обладающие естественной плодородностью и производящие излишки органического вещества, которые могут накапливаться (заливы, дождевые леса);

- движимые Солнцем и субсидируемые человеком – наземные и водные агроэкосистемы, получающие энергию не только от Солнца, но и от человека в виде орошения, удобрения (поля зерновых и т.п.);

- движимые топливом (индустриально-городские экосистемы) – высококонцентрированная энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию, а пища привозится извне (города, мегаполисы).

Подвижность экосистемы

Экологическая система не является абсолютно стабильным, застившим образованием. В ней постоянно осуществляются жизненные процессы, связанные с переходом вещества и энергии с одних пищевых уровней на другие, с изменением численности и плотности популяций в результате взаимодействия хищников с жертвами, а жертв с источниками их корма.

Вместе с тем, подвижность экосистемы также относительна: экосистемы таежных лесов или целинных степей существуют длительное время (сотни лет) и, на первый взгляд, стабильны, устойчивы, неподвижны.

Таким образом, мы сталкиваемся с тем фактом, что экосистемы, с одной стороны, действительно стабильны, а с другой – подвижны, динамичны во времени и пространстве.

Подвижно-стабильное состояние биогеоценозов (экосистем) во времени и пространстве представляет собой результат двух процессов:

- гомеостаза;

- сукцессии.

Гомеостаз

Важнейшим свойством биогеоценоза (экосистемы) является его устойчивость, сбалансированность происходящих в нем процессов обмена веществом и энергией между всеми компонентами, вследствие чего биогеоценозу свойственно состояние так называемого подвижного равновесия, или гомеостаза (от греч. гомео - тот же, подобный, стазис - состояние).

С точки зрения науки управления, именуемой кибернетикой, гомеостаз обеспечивается механизмами так называемой обратной связи.

К примеру рассмотрим условную экосистему, состоящую из популяций двух видов: оленя и волка (рис.). В этой системе, где волки поедают оленей, последние, на языке биологии, являются жертвами, в то время как волк есть хищник. Если численность жертвы постоянно растет, то хищник, который только этой жертвой и питается, тоже имеет возможность увеличить свою численность (или в соответствии с рассмотренными выше понятиями - увеличить объем и совершенствовать структуру популяции). В этом проявляется положительная обратная связь.

Рис. Пример действия механизма обратной связи

 

Но поскольку хищник (волк) ест оленей, то он, естественно, снижает численность популяции оленя. В этом проявляется отрицательная обратная связь. Если численность волка выше некоторого предела, то он соответственно снизит численность оленя и в итоге окажется перед необходимостью ограничения собственной численности из-за недостатка пищи, связанного с затрудненностью ее добычи.

В естественной экологической системе все время поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев в трофических цепях. Численность и волка и оленя всегда будет держаться на определенном уровне.

В основе лежит известный физико-химический принцип (закон) Ле Шателье (1884) – изменение внешних условий (температуры, давления) физико-химической равновесной системы вызывает в ней реакции, противодействующие производимому изменению.

При определенном уровне стрессового фактора, например при нашествии других хищников или массовой гибели одного из компонентов из-за болезней, информационная обеспеченность экосистемы не может за счет отрицательной обратной связи компенсировать отклонений, определяемых положительной обратной связью. Тогда данная система прекратит свое существование.

Та область, в пределах которой механизмы отрицательной обратной связи способны, несмотря на стрессовые воздействия, сохранить устойчивость системы, хотя и в измененном виде, называют гомеостатическим плато (рис.).

Рис. Схема формирования гомеостатического плато в экосистеме, в пределах которого посредством отрицательной обратной связи поддерживается относительная стабильность системы при воздействиях, вызывающих нарушение сбалансированности

Сукцессия

Стабильное состояние экосистемы, ее гомеостаз биогеоценоза не есть нечто застывшее, неподвижное. Гомеостаз – это, в сущности, подвижное равновесие, и в любой экологической системе идут процессы, меняющие ее во времени и пространстве. При этом изменяется состав биоты, структура экосистемы и ее продуктивность.

Последовательная смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных факторов (в том числе внутренних противоречий развития самих биоценозов) или воздействия человека, называется сукцессией (от лат. сукцессио - последование, следую).

Данная смена происходит в силу действия экологического принципа (закона) сукцессионного замещения. Природные биотические сообщества последовательно формируют закономерный ряд экосистем, ведущий к наиболее устойчивому в данных условиях состоянию климакса. Сукцессия - постепенный процесс изменения структуры и состава биоценоза.

Климакс

Экологическая сукцессия происходит в определенный отрезок времени, в который изменяется видовая структура сообщества и абиотическая среда его существования вплоть до кульминации его развития — возникновения стабилизированной системы. Такую стабилизированную экосистему называют климаксом.

В зависимости от первоначального состояния субстрата, различают:

- первичная сукцессия – формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате;

- вторичная сукцессия – это последовательная смена одного сообщества, существовавшего на данном субстрате, другим, более совершенным для данных условий.

В качестве примера первичной сукцессии обычно приводят зарастание еловым лесом новых территорий на севере нашей страны.

Ельник – это последняя климаксная стадия развития экосистемы в климатических условиях Севера, т. е. уже коренной биоценоз. Вначале же здесь развиваются березняки, ольховники, осинники, под пологом которых растут ели. Постепенно они перерастают березу и вытесняют ее, захватывая пространство (рис.).

Рис.. Смена березняка ельником

 

Классическим примером природной сукцессии является «старение» озерных экосистем — эвтрофикация. Она выражается в зарастании озер растениями от берегов к центру. Здесь наблюдается ряд стадий зарастания — от начальных — дальние от берега до достигнутых у берега. Эти стадии показаны и описаны на рис. 2.

Рис. 4. Зарастание эвтрофного водоема с непроточной или слабопроточной водой (пунктиром показан нижний уровень воды). Зоны: 0 — свободноплавающие растения, 1 — низкие (придонные) погруженные растения, 2 — высокие погруженные растения, 3 — растения с плавающими листьями, 4 — высокие надводные растения, 5 — низкие и средневысокие надводные растения, б — черноольховая топь. Отложения: 1 — сапропелит, 2—3 — сапропелитовый торф, 4 — тростниковый и камышовый торф, 5 — осоковый торф, 6 — лесной торф

 

В конечном итоге озеро превращается в торфяное болото, представляющее собой устойчивую экосистему климаксного типа. Но и она не вечна - на ее месте постепенно может возникнуть лесная экосистема уже благодаря наземной сукцессионной серии в соответствии с климатическими условиями местности.

Космические факторы

Биосфера попадает под влияние следующих космических факторов:

- солнечная активность;

- космическая пыль, метеоритное вещество, остатки астероидов;

- сближение с кометами и другими космическими телами;

- вещества и волны, возникающие в результате вспышек сверхновых звезд;

Наша планета наиболее тесно связана с процессами, происходящими на Солнце, с так называемой солнечной активностью. Гелиобиология – наука, рассматривающая воздействие изменений активности Солнца на биосферу Земли.

Биотические факторы

Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.

Взаимоотношения между организмами чрезвычайно сложны и многообразны, и в целом их можно условно разделить на:

- прямые – заключаются в основном в непосредственных связях по линии питания: животные получают энергию для своей жизнедеятельности, поедая растения или других животных (например, отношения «хищник» - «жертва»);

- опосредованные – взаимодействия заключаются в том, что одни организмы являются средообразователями по отношению к другим (например, особые условия леса, своеобразный микроклимат для обитания других организмов).

Биотические факторы почвы

Как уже упоминалось выше, почва – биокосное тело. В процессах ее образования и функционирования важнейшую роль играют живые организмы.

К ним относятся, в первую очередь, зеленые растения, извлекающие из почвы питательные химические вещества и возвращающие их обратно вместе с отмирающими тканями.

Но в процессах почвообразования решающую роль играют населяющие почву живые организмы (педобионты): микробы, беспозвоночные и др. Микроорганизмам принадлежит ведущая роль в трансформации химических соединений, миграции химических элементов, питании растений.

Первичное разрушение мертвой органики осуществляют беспозвоночные животные (черви, моллюски, насекомые и др.) в процессе питания и выделения в почву продуктов пищеварения. Фотосинтетическое связывание углерода в почве осуществляют в некоторых типах почв микроскопические зеленые и синезеленые водоросли.

Почвенные микроорганизмы осуществляют основное разрушение минералов и приводят к образованию органических и минеральных кислот, щелочей, выделяют синтезированные ими ферменты, полисахариды, фенольные соединения.

Важнейшим звеном в биогеохимическом цикле азота является азотфиксация, которую осуществляют азотфиксирующие бактерии.

Закон ограничивающего (лимитирующего) фактора или закон минимума Либиха — один из фундаментальных законов в экологии, гласящий, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. Поэтому во время прогнозирования экологических условий или выполнение экспертиз очень важно определить слабое звено в жизни организмов.

8.2. Закон толерантности (закон Шелфорда)

Однако в начале XX века американский ученый В Шелфорд показал, что вещество (или любой другой фактор) присутствующий не только в минимуме, но и в избытке по сравнению с требуемым организму уровнем, может приводить к нежелательным последствиям для организма.

Например, даже незначительное отклонение содержания в организме ртути (в принципе - безвредного элемента) от некоторой нормы приводит к тяжелым функциональным расстройствам (известная "болезнь Минамата"). Дефицит влаги в почве делает бесполезными для растения присутствующие в ней питательные вещества, но и избыточное увлажнение ведет к аналогичным последствиям по причинам, например, "задыхания" корней, закисания почвы, возникновения анаэробных процессов. Многие микроорганизмы, в том числе используемые в сооружениях биологической очистки сточных вод, весьма чувствительны к пределам содержания свободных ионов водорода, т. е. к кислотности среды (рН).

Проанализируем, что же происходит с организмом в условиях динамики режима того или иного экологического фактора. Если поместить какое-либо животное или растение в экспериментальную камеру и изменять в ней температуру воздуха, то состояние (все жизненные процессы) организма будет изменяться. При этом выявится некоторый наилучший (оптимальный) для организма уровень данного фактора (Топт). при котором его активность (А) будет максимальной (рис.2.). Но если режимы фактора будут отклоняться от оптимума в ту или иную (большую или меньшую) сторону, то активность будет снижаться. При достижении некоторого максимального или минимального значения фактор станет несовместимым с жизненными процессами. В организме произойдут изменения, вызывающие его смерть. Эти уровни окажутся, таким образом, смертельными, или летальными (Тлет и Т’лет).

Из всего изложенного вытекает и закон В. Шелфорда, или так называемый закон толерантности: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Толерантность

Теоретически сходные, хотя не абсолютно аналогичные результаты можно получить в экспериментах с изменением других факторов: влажности воздуха, содержания различных солей в воде, кислотности среды и др. (см. рис. 2, б). Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, т. е. толерантность к тому или иному фактору (от лат. толеранция — терпение).

Толерантность – выносливость вида по отношению к колебаниям какого-либо экологического фактора.

Диапазон между экологическим минимумом и максимумом фактора составляет предел толерантности.

Толерантные организмы — это организмы, устойчивые к неблагоприятным изменениям среды.

Рис. 2. Воздействие экологического фактора на организм

 

Отсюда слово "толерантный" переводят как устойчивый, терпимый, а толерантность можно определить как способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений.

Любой элемент окружающей среды может выступать в качестве лимитирующего экологического фактора, если его уровень вызывает необратимые патологические изменения у организма и переводит его (организм) в необратимо пессимальное состояние, из которого организм не способен выйти, даже если уровень данного фактора вернется к оптимуму.

Любой живой организм имеет верхний и нижний пороги (пределы) устойчивости к любому экологическому фактору, при выходе за которые этот фактор вызывает у организма необратимые, стойкие функциональные отклонения в тех или иных органах и физиологических (биохимических) процессах, не приводя непосредственно к летальному исходу.

Охранять окружающую среду означает обеспечивать состав и режимы экологических факторов в пределах унаследованной толерантности живого (в первую очередь - человеческого) организма, т.е. управлять ею так, чтобы ни один фактор не оказывался лимитирующим по отношению к нему.

Адаптация

Адаптация – развитие любого признака, который способствует выживанию вида и его размножению. Адаптации могут быть морфологическими, физиологическими или поведенческими.

Морфологические адаптации включают изменения формы или строения организма. Пример такой адаптации – твердый панцирь черепах, обеспечивающий защиту от хищных животных.

Физиологические адаптации связаны с химическими процессами в организме. Так, запах цветка может служить для привлечения насекомых и тем самым способствовать опылению растения.

Поведенческая адаптация связана с определенным аспектом жизнедеятельности животного. Типичный пример – зимний сон у медведя.

Большинство адаптаций представляет собой сочетание перечисленных типов.

Лекция 9. Природные ресурсы

Загрязнения

Главнейшим и наиболее распространенным видом отрицательного воздействия человека на биосферу является загрязнение – поступление в окружающую природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий (в виде звуков, шумов, излучений) в количествах, вредных для здоровья человека, животных, состояния растений и экосистем.

По объектам загрязнения различают:

- загрязнение поверхностных и подземных вод;

- загрязнение атмосферного воздуха;

- загрязнение почв;

- загрязнение околоземного космического пространства.

По источникам загрязнения различают:

- антропогенное загрязнение (от промышленных предприятий, теплоэнергетики, транспорта);

- природное загрязнение (пыльные бури, вулканический пепел, селевые потоки).

По видам загрязнений:

- химическое;

- физическое;

- биологическое.

По своим масштабам и распространению загрязнение может быть:

- локальным (местным);

- региональным;

- глобальным.

Охрана атмосферного воздуха

Охрана атмосферного воздуха – ключевая проблема оздоровления окружающей природной среды.

Атмосферный воздух выполняет сложнейшую защитную экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно холодного Космоса и потока солнечных излучений. В атмосфере идут глобальные метеорологические процессы, формируются климат и погода, задерживается масса метеоритов.

Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы осадками, турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха, отложении загрязненных веществ на поверхности земли и т. д.

Однако в современных условиях возможности природных сис­тем самоочищения атмосферы серьезно подорваны. Под массированным натиском антропогенных загрязнений в атмосфере стали проявляться весьма нежелательные экологические по­следствия, в том числе и глобального характера. По этой причине атмосф