Место экологии как фундаментальной биологической науки в системе современных научных знаний.

Место экологии как фундаментальной биологической науки в системе современных научных знаний.

Экология – фундаментальная биологическая наука о взаимоотношениях живых организмов со средой обитания.

Обычно экология считается частью биологии. Экология изучает основные фундаментальные закономерности.

Э.Геккель (1866 г.): «Под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим все условия существования»

Э.Геккель (1866 г.): «экология – наука о взаимоотношениях организмов между собой, точно так же как хорология – наука о географическом и топографическом распространении организмов… это физиология взаимоотношения организмов со средой и друг с другом».

Объекты экологии – организмы, популяции, сообщества

Предмет экологии – взаимодействие живых организмов со средой обитания

Аутэкология – экология особи (вида)

Демэкология –экология популяций

Синэкология – экология сообществ

Современная экология не ограничивается только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения растительных и животных организмов, она превращается в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Актуальность и многогранность этой проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации» многих естественных, технических и гуманитарных наук.

На стыке экологии с другими отраслями знаний продолжается развитие новых направлений, таких как инженерная экология, геоэкология, математическая экология, сельскохозяйственная экология, космическая экология и т. д.

Соответственно, более широкое толкование получил и сам термин «экология», а экологический подход при изучении взаимодействия человеческого общества и природы был признан основополагающим.

Современная экология тесно связана с политикой, экономикой, правом, психологией, педагогикой, так как только совместно с другими науками можно преодолеть технократическое направление мышления и выработать новый тип экологического сознания, меняющий поведение людей по отношению к окружающей природной среде.

В настоящее время экология перестала быть чисто естественной, биологической, наукой, она по сути является комплексной социальной естественной наукой. В ее предмет практически вовлечены все стороны жизнедеятельности человека. Накапливая экологическое знание, постепенно меняя свои представления о существующем порядке в природе, человек начинает понимать, что порядок этот неслучаен, он необходим для существования и развития самой человеческой цивилизации.

Закон минимума Либиха.

Понятие о лимитирующих факторах было введено в 1840 году химиком Ю. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием правила или закона минимума Либиха. В качестве наглядной иллюстрации закона минимума Либиха часто изображают бочку, у которой образующие боковую поверхность доски имеют разную высоту.

Длина самой короткой доски определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой. Следовательно, длина этой доски- лимитирующий фактор для количества воды, которую можно налить в бочку. Длина других досок уже не имеет значения.

Пример. В почве содержатся все элементы минерального питания, необходимые для данного вида растений, кроме одного из них, например, бора или цинка. Рост растений на такой почве будет сильно угнетен или вообще невозможен. Если мы теперь добавим в почву нужное количество бора (цинка), это приведет к увеличению урожая. Но если мы будем вносить любые другие химические соединения (например, азот, фосфор, калий) и даже добьёмся того, что все они будут содержаться в оптимальных количествах, а бор (цинк) будет отсутствовать – это не даст никакого эффекта. Точно также, если кислотность (pH) почвы отклоняется от оптимума, например, для озимой ржи, то никакие агротехнические мероприятия, кроме снижающего кислотность известкования, не помогут существенно увеличить урожайность этой культуры на данном поле. Закон минимума Либиха распространяется на все абиотические и биотические факторы, влияющие на организм. Это могут быть, например, конкуренция со стороны другого вида, присутствие хищника или паразита. Сформулированный закон применим как к растениям, так и животным.

Биоиндикация.

Определенные факторы среды создают возможность существования того или иного вида. Поэтому по организмам можно судить об условиях их обитания. Виды, которые позволяют выявлять специфические особенности среды, называются индикаторами. Определение качества среды с помощью биоиндикаторов, установление биологически значимых антропических нагрузок на основе реакций на них живых организмов и их сообществ называется биоиндикацией. Биоиндикация представляет собой метод определения степени загрязнения природной среды с помощью живых организмов (или природных сообществ). Индикация экологических условий проводится на основе оценки изменения как видового разнообразия организмов той или иной местности, так и их химического состава, который отражает присущую им способность накапливать элементы и соединения, поступающие из окружающей среды. Например, оценка состояния окружающей среды по изменению количества видов связана с тем, что наиболее чувствительные к тем или иным загрязняющим веществам виды растений и животных исчезают из биоценоза (майский жук, лишайники в промышленных центрах) либо, наоборот, увеличивают свою численность (синезеленые водоросли, при поступлении в водоемы загрязняющих веществ с сельскохозяйственных угодий).

Функции индикатора выполняет тот вид, который имеет узкую амплитуду экологической толерантности по отношению к какому-либо фактору. Большей частью индикаторами являются растения – организмы, не способные к активному перемещению. Если в лесу на стволах деревьев обильны лишайники, значит в воздухе почти нет вредных примесей, особенно сернистого газа. При наличии сернистого газа лишайники исчезают.

Биологическая индикация дает возможность судить не только о состоянии среды в данный отрезок времени, но и следить за ее изменениями, предвидеть и прогнозировать направление этих изменений и своевременно предотвращать вредные последствия тех или иных действий человека. Биоиндикация является составной частью экологического мониторинга.

Биондикация условий среды на основе экологической индивидуальности видов (Принцип Раменского, Глизона)

Стенобионтность и возможности индикации (сосна обыкновенная, ольха черная)

Геологическая фитоиндикация

Ложные индикаторы (береза, плауны, морские водоросли и др.)

Экологический индикатор — это фрагмент информации об экосистеме, используемый для исследования её состояния и для изучения влияния деятельности человека на данную экосистему.

Концепция континуума.

Континуум (непрерывность), порождающий отсутствие границ между сообществами - коренное отличие ценозов от организмов.

Экотон (переходная зона) - где происходит резкие изменения по градиенту или где соприкасаются границы двух хорошо отличающихся местообитаний или сообществ. В экотон входят виды характерные для сообществ и отдельные виды, поэтому число видов и плотность попул выше.

Краевой эффект- тенденция к увеличению разнообразия и плотности живых организмов на границах сообществ.

    Отсутствие переходной полосы между сообществами и фрагментация обусловлены:

    - резкими изменениями экологических условий (скалистый берег моря)

    - сильным средообразующим влиянием эдификаторов продуцентов

    - воздействием человека (сенокосная луговая поляна в лесу)

    EI = TP/ 2·Aπ

    Где TP – общий периметр площади (контура) плюс длина всех линейных границ внутри этой площади;

                           А – площадь

                           π– 3,14

 

Распределение видов по отношению друг к другу и сообществам:

    Учитываемые признаки распределения значимых и малозначимых видов вдоль градиентов:

    1. Параллельность распределения

    2. Наличие резких границ в распределении видов и сообществ

Гипотетические варианты распределение видов по отношению друг к другу и сообществам (Уиттекер)

    А) параллельное распределение и резкие границы (конкурирующие виды взаимно исключают друг друга и их популяции разделены резкими границами, менее значимые виды эволюционровали в направлении формирования тесных связей с доминантами и выработки приспособлений для совместного произрастания. В этом случае вдоль градиента возникают различающиеся между собой зоны причем каждая зона имеет свой собственный набор приспособленных друг у другу видов, который позволяет провести четкую границу с соседними сочетаниями видов, также приспособлены друг к другу.

    В) непараллельное распределение и резкие границы (конкур виды исключают друг друга и разделены резкими границами, однако не объединены в группы с параллельным распределением.)

    С) параллельное и континууальное распределение (конкур не приводит к формированию резких границ между видовыми популяциями. Эколюция видов в направлении взаимного приспособления происходит и в результате ее формируется группы видов со сходным распределением. Эти группы характерны для разных типов сообществ, но сами сообщества переходят друг в друга образую сооющества.

    D) непараллельное и континууальное распределение

Почему виды распределяются континуально?

    Два вида (в одной нише или сходных) находятся в состоянии острой конкуренции

    Конкурирующие виды эволюционируют - в направлении дифференциации экологических ниш

    - и в направлении дифференциации различий в местообитании (например, высоты над уровнем моря в горных условиях)

Виды континуума (Василевич)

    Пространственный континуум – непрерывное распределение по экологическим рядам экотопов (например, увлажнение)

    Топографический континуум – непрерывное распределение в реальном географическом пространстве (например, по направлению север-юг)

    Таксономический континуум – непрерывное распределение дискретных объектов выявляется при их ординации и классификации

    Временной континуум – непрерывность, проявляемая во времени сукцессионных изменений

Типы направлений фрагментации

    А (Regressive) фронтальный,

    B (Enveloping) огибающий,

    C (Devisive)

    разделяющий,

    D (Intrusive) включенный,

    E (Encroaching) вторгающийся.

Системы лесов по межэкосистемным связям

►   Эндодомимнантные системы лесов - преобладают внутренние латеральные связи над внешними

►   Изодоминантные системы лесов с приблизительной равнозначностью связей

►   Экзодоминантные системы лесов с явным преобладанием значения внешних латеральных связей над внутренними.

Топологические группы системы лесов

►   Покровные– сплошнопокровные, дырчатопокровные, разорваннопокровные;

►   Сетевые– безразрывносетевые ленточные, безразрывносетевые полосные, разрывносетевые ленточные, разрывносетевые полосные;

►   Рассеянные – системнорассеянные,

В ряду покровные – сетевые – рассеянные системы лесов возрастает протяженность границ лесов и соответственно усиливается переход от эндодоминантности к экзодоминантности латеральных связей.

Эндогенные сукцессии.

Сингенетические и эндоэкогенетические вплоть до образования климаксовых сообществ относятся к автогенным (внутренним). Эндогенная (вызванная внутренними причинами) сукцессия происходит из-за того, что в незрелом биоценозе:

•     преобладают r-стратеги, которые делают среду непригодной для своего существования;

•     не заняты все экологические ниши, что создает предпосылки для вселения новых видов;

•     из-за недостаточного количества консументов происходит накопление растительной продукции.

В ходе развития биоценоза r-стратеги постепенно заменяются К-стратегами, экологические ниши заполняются, прирост биомассы биоценоза приближается к нулю. Возникает зрелая (климаксная) экосистема, которая может без изменений существовать тысячи лет (дубрава, ковыльная степь, хвойная тайга). Эндогенные сукцессии могут быть первичными: развитие сообществ идет во вновь образовавшихся местообитаниях, на новых субстратах, где растительность ранее отсутствовала (на песчаных дюнах, застывшие лавы). Вторичные- на местности ранее существовала растительность, но по каким-либо причинам была уничтожена. (уничтожение леса ураганом, извержением вулкана, пожаром).

Ординация сообществ.

Ординация растительности – совокупность методов, позволяющих проводить упорядочение видов или фитоценозов вдоль осей конкретных экологических факторов, определяющих характер варьирования растительности. Термин «ординация» введен Дж. Гудоллом (Goodell, 1954), хотя идеи ординации растительности были четко сформулированы Л. Г. Раменским (1924).

При проведении ординации фитоценозов каждый из них располагается в системе координат, образованной одной или большим числом осей. Разделение осей на градации может быть проведено на основе данных об экотопе (высота над уровнем моря, влажность, кислотность, богатство почвы, засоленность и т. д.) или по составу растительности. Широко распространенным методом ординации являются градиентный анализ (градиент показывает направление наискорейшего изменения определенного фактора среды). Цель анализа – установить отношения видов и сообществ к градиентам условий среды. Сочетание факторов среды, которые синхронно изменяются в пространстве параллельно градиенту сообществ и тем самым влияют на формирующие его популяции, называется комплексным градиентом. Экологические факторы, которые не объединялись бы в комплексные градиенты, не бывает. Комплексные градиенты, влияющие на состав и структуру фитоценозов в большей мере, чем остальные, называют ведущими. Ведущие комплексные градиенты всегда имеют в своем составе лимитирующие факторы среды и поэтому они сильнее, чем прочие, влияют на виды растений и фитоценозы. Различат два типа градиентного анализа: прямой и косвенный. В основе прямого анализа лежат прямые учеты факторов среды, которые получают инструментально.

При косвенном (непрямом) анализе упорядочение объектов (геоботанических описаний) происходит вдоль направления изменения сходства между ними или ассоциациями. Описания растительности распределяют по осям отдельных экологических факторов. Это делается методом полярной ординации. Если выбрать только одну переменную (один фактор среды), то это одномерная ординация. Наглядным примером может служить экологический ряд ассоциаций широколиственных лесов.

Непрямая полярная ординация:

Градиентный анализ.

(см прошлый билет)

 

Место экологии как фундаментальной биологической науки в системе современных научных знаний.

Экология – фундаментальная биологическая наука о взаимоотношениях живых организмов со средой обитания.

Обычно экология считается частью биологии. Экология изучает основные фундаментальные закономерности.

Э.Геккель (1866 г.): «Под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим все условия существования»

Э.Геккель (1866 г.): «экология – наука о взаимоотношениях организмов между собой, точно так же как хорология – наука о географическом и топографическом распространении организмов… это физиология взаимоотношения организмов со средой и друг с другом».

Объекты экологии – организмы, популяции, сообщества

Предмет экологии – взаимодействие живых организмов со средой обитания

Аутэкология – экология особи (вида)

Демэкология –экология популяций

Синэкология – экология сообществ

Современная экология не ограничивается только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения растительных и животных организмов, она превращается в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Актуальность и многогранность этой проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации» многих естественных, технических и гуманитарных наук.

На стыке экологии с другими отраслями знаний продолжается развитие новых направлений, таких как инженерная экология, геоэкология, математическая экология, сельскохозяйственная экология, космическая экология и т. д.

Соответственно, более широкое толкование получил и сам термин «экология», а экологический подход при изучении взаимодействия человеческого общества и природы был признан основополагающим.

Современная экология тесно связана с политикой, экономикой, правом, психологией, педагогикой, так как только совместно с другими науками можно преодолеть технократическое направление мышления и выработать новый тип экологического сознания, меняющий поведение людей по отношению к окружающей природной среде.

В настоящее время экология перестала быть чисто естественной, биологической, наукой, она по сути является комплексной социальной естественной наукой. В ее предмет практически вовлечены все стороны жизнедеятельности человека. Накапливая экологическое знание, постепенно меняя свои представления о существующем порядке в природе, человек начинает понимать, что порядок этот неслучаен, он необходим для существования и развития самой человеческой цивилизации.