Взаимосвязь экологии с другими науками

 

Экология тесно взаимодействует с науками естественнонаучного и гуманитарного направления: биологией, физикой, химией, педагогикой, психологией и другими областями знаний.

На стыке экологии и других наук возникли:

Антропоэкология – изучает проблемы взаимодействия человека с окружающей средой, воздействие факторов среды на человеческий организм, а также ответные реакции организма на них (адаптация);

экоэтология - исследует зависимость поведения организмов от условий их жизни;

экопедагогика и психология – разрабатывает подходы к созданию принципов, методов, форм и критериев отбора содержания экологического образования.

Экология взаимодействует и с географическими науками: геологией, физической и экономической географией, климатологией, почвоведением, гидрологией. Она неотделима от морали, права, экономики

Экология входит в структуру общебиологических наук, к которым относятся также такие науки как цитология, генетика, селекция, эволюционное учение. Задача всей общей биологии - изучение характерных особенностей живых систем (биосистем) и экосистем, законов их функционирования и развития. Ведущим подходом в изучении экологии является системный.

Биосистемы (от греч. bios - жизнь, systema - объединение, совокупность) - живые объекты различной сложности, представляющие собой совокупность компонентов, взаимосвязанных в единое целое. К биосистемам относят клетки, организмы, популяции, виды, сообщества, биоценозы.

Живые системы находятся в тесном взаимодействии с условиями окружающей их среды. Совокупность живых систем и условий окружающей их среды образует экологические системы. К экосистемам относят биогеоценозы, биосферу.

Таким образом, живые системы и экосистемы можно определить как совокупность взаимосвязанных элементов, образующих единое целое. Элементы (компоненты) - единицы системы, выполняющие определенные функции. Например, функцию питания у большинства цветковых растений выполняют корень и лист, стебель обеспечивает транспорт питательных веществ, цветок выполняет функцию полового размножения. Устойчивые связи между компонентами системы формируют структуру системы.

Все биосистемы и экосистемы в природе взаимосвязаны и находятся друг с другом в тесном соподчинении: любая система является компонентом системы более высокого уровня и состоит из систем более низкого по отношению к ней уровня. Например, клетка - компонент организма, организм - компонент популяции, популяция - единица сообщества, сообщество - компонент биоценоза, а биоценоз входит в состав экосистемы. Совокупность экосистем планеты образует биосферу - глобальную экологическую систему.

В задачи курса «Экологии и природопользования» входит рассмотрение закономерностей, протекающих на различных уровнях организации и особенности их проявления при взаимодействии в системе «природа и общество».

Таким образом, объектами изучения экологии являются как отдельные организмы, так и (в большей степени) экологические системы различной сложности – от популяции, сообщества в определенных средах обитания, развивающиеся и действующие по своим законам. Центральным разделом экологии является изучение экосистем, которые по сути, являются тем, что мы обычно называем окружающей нас природой. В отличии от популяции или сообщества экологическую систему можно считать самостоятельным объектом – в ней имеется все, что необходимо для ее существования. Что является предметом исследования экологии? Экология изучает организацию и функционирование живых систем более сложных, чем организм, т. е. надорганизмеиных систем. Эти системы получили название экологических систем или экосистем. Поэтому экосистемы являются главным предметом экологии. Так как все живое организовано в экосистемы, то человек тоже оказывается включенным в многочисленные экологические взаимосвязи.

 

1.2. Биотическая структура экосистем.

 

Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов и детритофагов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким образом, что эта единая система сохраняет устойчивость в течение продолжительного времени.

Таким образом, для естественной экосистемы характерны три признака:

1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;

2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;

3) экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.

Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера.

Экосистема является важнейшей структурной единицей устройства окружающего мира. Основу экосистем составляют живое вещество, характеризующееся биотической структурой, и среда обитания, обусловленная совокупностью экологических факторов.

Экосистема – надорганизменная система, в которой биотический компонент представлен биоценозом, а абиотический – биотопом.

Биоценоз – совокупность популяций, которая функционирует в определенном пространстве абиотической среды - биотопе.

Например, сравните, участок Куршской косы с удивительным биоценозом (сосны, населенные живыми организмами), и биотоп Куршской косы (песок, берег моря, залива, солнце, ветер). Сосновые биоценозы, развивающиеся в дюнном биотопе и образующие уникальные экосистемы Куршской косы

Таким образом, совокупность спе­цифического физико-химического окружения (биотопа) с сообществом живых организмов (биоценозом) и образует экосис­тему. Как видно из примеров, более простые экосистемы входят в состав более сложно организованных. При этом реализуется иерархия организации систем, в данном случае экологических.

Важным следствием иерархической организации экосистем является то, что по мере объединения компонентов в более крупные блоки, которые, в свою очередь, объединяются в системы, у этих новых функциональных единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Такое наличие у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме элементов, не объединенных системообразующими связями, называют эмерджентностью. Краткое античное определение эмерджентности звучит так: целое больше суммы его частей. Принцип эмерджентности имеет важное значение для экологического мышления: одно дерево не может составить леса, разрозненные деревья - тоже; лес возникает лишь при определенных условиях - достаточной густоте древостоя, соответствующей флоре и фауне, сформированных сообществах взаимосвязанных организмов, живущих на данной территории, и при других условиях, то есть эмерджентные свойства возникают в результате изменения природы этих компонентов, а не в результате изменения количества этих компонентов. Части не склеиваются, а интегрируются, обуславливая появление новых, до этого отсутствовавших свойств.

Устройство природы следует рассматривать как системное целое, состоящее из вложенных одна в другую экосистем, высшей из которых является уникальная глобальная экосистема - биосфера. В ее рамках происходит обмен энергией и веществом между всеми живыми и неживыми составляющими в масштабах планеты. Грозящая всему человечеству катастрофа состоит в том, что нарушен один из признаков, которым должна обладать экосистема: биосфера как экосистема деятельностью человека выведена из состояния устойчивости. В силу своих масштабов и многообразия взаимосвязей она не должна от этого погибнуть, она перейдет в новое устойчивое состояние, изменив при этом свою структуру, прежде всего неживую, а вслед за ней неизбежно и живую. Человек как биологический вид меньше других имеет шанс приспособиться к новым быстро изменяющимся внешним условиям и может исчезнет первым.

Экосистемы можно классифицировать по разным признакам. Биомная классификация экосистем основана на преобладающем типе растительности в крупных регионах. В водных местообитаниях, где растительность малозаметна, в основе выделения экосистем находятся главные физические черты среды, например "стоячая вода", "текущая вода" и т.д.

Биомная классификация экосистем

Наземные биомы:

Тундра: арктическая и альпийская

Хвойные леса

Листопадный лес умеренной зоны

Степь умеренной зоны

Тропические гарсленд и саванна

Пустыня: травянистая и кустарниковая

Вечнозеленый тропический дождевой лес

 

Пресноводные экосистемы:

Лентические (стоячие воды): озера, пруды и т.д.

Лотические (текучие воды): реки, ручьи и т.д.

Заболоченные угодья: болота и болотистые леса

Морские экосистемы:

Открытый океан (пелагическая)

Воды континентального шельфа (прибрежные воды)

Регионы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством)

Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек и т.д.)

Использование в экосистемах различных источников энергии - Солнца, химического топлива - позволило выделить четыре фундаментальных вида экосистем по энергетическому признаку.

Движимые солнцем не субсидируемые экосистемы - природные системы, полностью зависящие от прямого солнечного излучения. К их числу относятся открытые участки океанов, крупные участки горных лесов и большие глубокие озера. Экосистемы этого типа получают мало энергии и имеют малую продуктивность. Однако они крайне важны, так как занимают огромные площади. Это основной модуль жизнеобеспечения биосферы. Здесь очищаются большие объемы воздуха, возвращается в оборот вода, формируются климатические условия и т. д.

Экосистемы, движимые Солнцем, но субсидируемые другими естественными источниками. Примерами такой экосистемы являются эстуарии рек, морские проливы и лагуны. Приливы и течения способствуют более быстрому круговороту минеральных элементов питания, поэтому эстуарии более плодородны, чем прилегающие участки океана или суши

Экосистемы, движимые Солнцем и субсидируемые человеком. Примером их являются агроэкосистемы (поля, коровники, свинарники, птицефабрики и т.д.)

Экосистема, движимая топливом - индустриально-городская экосистема, в которой энергия топлива не дополняет, а заменяет солнечную энергию. Потребность в энергии плотно заселенных городов на 2-3 порядка больше того потока энергии, который поддерживает жизнь в естественных экосистемах, движимых Солнцем. Поэтому на небольшой площади города может жить большое количество людей