ЗМІСТОВИЙ Модуль 1 Предмет екології. Екосистеми,

БІОСФЕРА їхня структура, властивості й закони

Функціонування

Вступна частина

Людина повинна створити гармонійну еколого-економічну систему, яка б органічно поєднувала сприятливі для неї економічні умови життєдіяльності із збереженням природного середовища. Екологічні принципи взаємодії суспільства з навколишнім середовищем можуть стати переконаннкожної людини тільки на базі наукового сприйняття величезного навколишнього світу. У першому змістовому модулі розглядаються питання, які є науковою основою функціонування біосфери. Цей змістовий модуль має велике значення для подальшого вивчення впливу людства на стан біосфери та розробку шляхів гармонізації взаємодії суспільства й природи з метою зберігання життя на Землі.

 

ТЕМА 1.1 Предмет екології. Екосистеми, їхня структура, властивості

І закони функціонування

Теоретична частина

Предмет екології, її об’єкт та завдання

Геккель дав таке визначення екології - це пізнання економіки природи, одночасне дослідження усіх взаємовідносин живого з органічними й неорганічними компонентами навколишнього середовища, включаючи неодмінно антагоністичні й неантагоністичні взаємовідносини тварин і рослин, що контактують один з одним.

На сучасному етапі розвитку суспільства екологія вирішує коло проблем і користується методами, що виходять далеко за межі чисто біологічної науки. Антропогенний вплив на природне середовище живих організмів досяг таких масштабів, що загрожує самому життю на Землі. Виходячи з цього, можна дати таке визначення екології: Сучасна екологія - наука про стратегію й тактику збереження і стабільного розвитку життя на Землі.

Провідним у вивченні природних комплексів є принцип системності, який забезпечує підхід до них як до органічно цілісних систем. Виходячи із системного підходу, можна дати таке визначення екології:

Екологія - наука про структуру, властивості й закони функціонування екосистем різного ієрархічного рівня.

Об’єктом вивчення екології є екосистеми різного ієрархічного рівня; предмет вивчення - структура, властивості й закони функціонування екосистем різного ієрархічного рівня.

Мета екології: на основі спеціальних аналітичних наукових дисциплін дати загальну картину структури й функціонування природи та визначити місце й роль людини у природних процесах.

Завдання екології:

1. Вивчення загального стану сучасної біосфери планети, його формування й особливості розвитку під впливом природних і антропогенних чинників;

2. Прогноз динаміки стану біосфери в часі і просторі, в залежності від впливу різноманітних чинників;

3. Розробка шляхів гармонізації взаємодії суспільства й природи з метою зберігання самого життя на Землі.

Поняття екосистеми

Під системою, взагалі, розуміють упорядковано взаємодіючі й взаємозалежні компоненти, що утворюють єдине ціле. Існує декілька визначень, що таке екосистема.

I. Екосистема - єдиний природний організм, створений за тривалий період живими організмами й середовищем їхнього існування і, де всі компоненти тісно пов'язані шляхом обміну речовиною та енергією.

II. Екосистеми - термодинамічно відкриті, функціонально цілісні системи, що існують за рахунок надходження з навколишнього середовища енергії й частково речовини і які саморозвиваються й саморегулюються.

Для виділення екосистеми її розмір не визначений, він може бути як великим так і маленьким. Розмір екосистеми визначається тим простором, при наявності якого можливе здійснення процесів саморегуляції й самовідновлення сукупності складових компонентів і елементів екосистеми, що створюють середовище.

1.1.3Класифікація екосистем

Існують різноманітні підходи до класифікації екосистем.

І. По розміру: мікроекосистеми, мезоекосистеми, макроекосистеми,

континентальні екосистеми, глобальна екосистема - біосфера.

ІІ. По ландшафту: північні хвойні ліси, тундра, листяні ліси, тропічні ліси вологі, тропічні ліси сухі, прерії, савани, пустині, вічнозелені чагарники, гірські ліси (указані тільки континентальні екосистеми, водяні не указані).

ІІІ. По енергії:

1. Природні екосистеми, рухомі енергією Сонця, несубсидовані іншими видами енергії;

2. Природні екосистеми, рухомі енергією Сонця, субсидовані іншими

джерелами природної енергії (вітер, дощ, та ін.);

3. Екосистеми, рухомі енергією Сонця і субсидовані додатковою

енергією людиною (це агроекосистеми);

4.Індустріально-міські екосистеми, рухомі енергією палива

(копальневим, ядерним...).

1. 1.4Компоненти екосистеми. Структура екосистем

З біологічної точки зору в складі екосистем виділяють такі компоненти:

1. Живі організми (3-х видів);

2. Неорганічні речовини (кисень, азот, вуглекислий газ, вода, фосфор, вуглець і ін.), що вступають у кругообіг;

3. Органічні сполуки (вивірки, вуглеводи, ліпіди та ін.);

4.Субстрактне середовище, яке включає повітряний, водний, кліматичний режим і інші фізичні чинники.

Живі організми поділяються на:

1. Продуценти – автотрофні живі організми (тобто ті, що харчуються самостійно), в основному зелені рослини, що можуть створювати біомасу з простих хімічних елементів шляхом фотосинтезу;

2. Макроконсументи - гетеротрофні організми (ті, що харчуються не самостійно), в основному, це тварини (фаготрофи);

3. Мікроконсументи або редуценти - гетеротрофні організми (бактерії, грибки...), що одержують енергію або при розкладанні мертвих тканин продуцентів або макроконсументів, або шляхом поглинання розчиненої органічної речовини (ці організми ще називаються сапротрофами).

У функціональному плані виділяють такі компоненти:

1. Живі організми;

2. Потоки енергії;

3. Кругообіг речовини;

4. Керуючі ланцюги зворотних зв'язків;

5. Інформаційні потоки.

Компоненти екосистеми знаходяться у визначених взаємозв'язках і взаємодії, що і являє собою структуру екосистеми. Структура зв'язує компоненти системи, надаючи їм спільність і цілісність. Стійкість взаємозв'язків і взаємодія компонентів, тобто структура, перешкоджає постійній зміні компонентів, утримуючи ці зміни у визначених межах і зберігаючи екосистему від розпаду. У структурному плані екосистеми можуть ділитися на підсистеми й блоки, що грають роль “цеглинок ”. У число структурних елементів входять популяції, консорції (сукупність різнорідних організмів, тісно пов'язаних між собою і залежних від центрального члена співтовариства, екологічно й просторово відособлена частина фітоценозу, що складається з рослин однієї або декількох близьких життєвих форм), яруси рослинності. Кількість можливих зв'язків між членами екосистеми визначається за формулою:

, (1.1.1)

де: А - число зв'язків, N - число видів в екосистемі.

Бувають екосистеми: монодомінантні - екосистеми з одним основним видом продуцента (монокультура); олігодомінантні - екосистеми з декількома основними видами продуцентів і консументів (у поняття варто було б уключити і редуцентів); полідомінантні - екосистеми у котрих немає чіткої переваги невеличкого числа видів над іншими. Ці екосистеми багаті розмаїтістю живих організмів, вони ще називаються бездомінантними.

Чим же визначаються межі різноманіття екосистем? Чому в різних регіонах вони так сильно відрізняються по складу й багатству видів? У результаті чого видове багатство вищих рослин, наприклад, на арктичних островах не перевищує 50 - 100 видів на 100 кв. км, а в тропіках на такій самій площі можна виявити більше 1000 видів? Це пов'язано, по-перше, із дією лімітуючих чинників, насамперед кліматичних, вони визначають, які саме види найкраще пристосовані до існування в тих або інших умовах, а, по-друге, із дією принципу еколого-географічного максимуму видів. Відповідно до цього принципу - для нормального функціонування будь-якої екосистеми в ній повинно існувати стільки і таких видів, скільки і яких необхідно для максимального використання енергії, яка надходить і забезпечення кругообігуречовини.

Структура екосистем

У структурному плані будь-яка екосистема складається з двох основних підсистем: біотичної і абіотичної. Крім того, кожна з підсистем складається з компонентів. Компонентами біотичної підсистеми є: рослинний і тваринний світ (продуценти, макроконсументи, редуценти). Компонентами абіотичної підсистеми є: при поверхневий прошарок Землі, ґрунти, нижні прошарки атмосфери, поверхневі й підземні води, корисні копалини (органіка, не органіка, субстрактне середовище). Субстрактне середовище включає повітряний, водяний режим та фізичні фактори.

Загальний вигляд структури екосистеми поданий на рисункі 1.1.1

 

Екосистема

Біотична

Абіотична

Продуценти

Органіка

Неорганіка

 

Консументи

Субстрактне середовище

Редуценти

 

Рисунок 1.1.1- Структура екосистем.

 

 

1.1.5 Екологічні фактори

Властивості екосистем описують за допомогою екологічних факторів. Екологічні фактори - усі складові середовища існування, що впливають на життя й розвиток організмів і на які вони реагують реакціями пристосування (адаптуються).

Розрізняють такі види екологічних факторів:

1. Абіотичні - фактори неживої природи. Вони поділяються на: хімічні - хімічний склад повітря, води, ґрунтів і фізичні - температура, освітленість, вологість, тиск, рівень радіації й ін.

2. Біотичні - фактори живої природи, пов'язані з діяльністю тварин, рослин, мікроорганізмів.

3. Антропогенні - фактори прямо або побічно зобов'язані своїм походженням із діяльністю людини.

Стосовно екосистеми розрізняють зовнішні й внутрішні екологічні фактори. Зовнішні (екзогенні) - фактори, що діють на екосистему через зовнішнє середовище, але самі практично не відчувають зворотної дії (потоки Сонячної енергії, розмір атмосферних осадків і ін..).

Внутрішні - фактори якості екосистеми. До них відносять:

а) мікрометеорологічні - освітленість, температура, вологість приземного прошарку повітря, утримання в ньому кисню, вуглекислого газу тощо;

б) ґрунтові - температура, вологість і склад ґрунтів, утримання гумусу, доступність мінерального харчування, окисновідновний потенціал;

в) біотичні - щільність популяції різноманітних видів, їх віковий склад, морфологічні, фізіологічні і поведінкові характеристики тощо.