Екологія сучасна наука про довкілля

ПЛАН

1. Предмет, структура, завдання  та методи

2. Основні поняття і терміни

3. Життя екосистем. Основні екологічні закони та екомоніторинг

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Предмет,  структура, завдання та методи

Вперше термін «екологія» (від грец. ойкос — житло, місцеперебування та логос — наука) запропонував у 1866 р. німецький дослідник природи Е. Геккель, однак формування екології як науки почалося в XX ст. й триває досі. Сучасна екологія — це системна наука, що має багатоярусну конструкцію, в якій кожен із поверхів спирається на безліч традиційних дисциплін (М. М. Мойсеєв). Специфіка сучасної екології полягає в тому, що вона із суто біологічної науки перетворилася на цілий цикл знань, увібравши в себе розділи географії, геології, хімії, фізики, соціології, теорії культури, економіки й навіть теології (М. Ф. Реймерс). На думку інших учених, екологія — це соціально-природнича наука; її однаково можна віднести і до біологічної, і до географічної галузей знань і її слід розглядати як цілком самостійну науку, що набула фундаментальності й глобальності.

Екологія в широкому розумінні об'єднує в собі десятки  наукових напрямів, хоча, на жаль, у  наш час іще немає таких  необхідних екологів-професіоналів  широкого профілю. Ця ситуація вкрай  небезпечна: вона веде до серйозних економічних втрат і соціальних збитків. Екологи найвищої кваліфікації все ще роз'єднані. (О. В. Яблоков, російський зоолог, еколог).

Сучасна екологія з традиційної  біоекології виросла в комплексну, складну, багатогранну інтегральну  науку-лідера, стала філософією виживання людства — екологічною філософією. Вона, як і раніше, базується на біогеографічних знаннях, але для вивчення й осмислення всіх складових сучасних екологічних проблем, установлення прямих і зворотних зв'язків між процесами, які формують екологічні умови, визначення шляхів виходу з екологічної кризи, розроблення для цього конкретних локальних, регіональних і глобальних планів та програм сучасна наука про довкілля залучає знання практично з усіх інших наук.

Сучасна екологія — це одна з головних фундаментальних наук про взаємовідносини живої й неживої природи, нова філософія людства, що перебуває в стадії формування. Це наука про середовище нашого проживання, його живі й неживі компоненти, їхній взаємозв'язок, що формує умови життя та розвитку всіх екосистем. Це наука про узгодження Стратегії Природи й Стратегії Людини, що має базуватися на ідеях самообмеження й самозбереження, розумної коеволюції техносфери й біосфери.

Екологічна діяльність нині — обов'язкова, а здебільшого  — одна з основних складових будь-якої сфери людської діяльності: промислового виробництва, енергетики, сільського й лісового господарства, транспорту, наукових досліджень, військової справи, культури, релігії та ін. Усі рішення, пов'язані з використанням природних чи людських ресурсів, із втручанням у процеси життєдіяльності біосфери, слід приймати з урахуванням найближчих і віддалених наслідків.

Об'єкти досліджень науки  про довкілля або її галузевих  підрозділів — це екосистеми планети  та їхні елементи (залежно від рівня досліджень). Головний предмет досліджень нової екології — взаємозв'язки (їхні особливості й розвиток) живих організмів, їхніх груп різних рангів, живих і неживих компонентів екосистем, а також характер впливу природних і антропогенних факторів на функціонування екосистем і біосфери в цілому.

Основні завдання екології XXI століття:

• вивчення загального стану сучасної біосфери, умов його формування та причин змін під впливом природних і антропогенних факторів;
• прогнозування динаміки стану біосфери в часі й просторі;
• розробка з урахуванням основних екологічних законів шляхів гармонізації взаємовідносин людського суспільства й Природи, збереження здатності біосфери до самоочищення, саморегулювання й самовідновлення.

Сучасні екологічні дослідження  мають стати науковою базою для розробки стратегії й тактики поведінки людства у XXI ст.

Оскільки для ефективного  вирішення сучасних екологічних  проблем необхідно мати фактичний  і науковий матеріал геохімічного, геофізичного, біохімічного, біологічного, медичного, фізичного, хімічного, геологічного, соціального, економічного та іншого характеру, а також можливість статистичної обробки, програмування, моделювання різних процесів, синтезування й прогнозування, сучасна екологія використовує всі ефективні, в тому числі найновіші, методи й апаратуру цих наук — і природничих, і технічних, і соціальних.

Останніми десятиліттями  в усьому світі почали розвиватися  найрізноманітніші напрями екологічних  досліджень, мета яких — забезпечити  спеціалістів необхідною для прийняття  рішень екологічною інформацією в усіх сферах людської діяльності. На сьогодні вже сформувалося близько 90 напрямів екологічних досліджень, які можна умовно об'єднати за принципом галузевої належності (з подальшим поділом у кожній галузі), пріоритетності, належності до геосфер та їхніх компонентів, взаємопідпорядкованості, соціально-економічної значущості з урахуванням прямих і зворотних зв'язків.

Головною складовою  загальної екології вважають теоретичну екологію, яка визначає загальні закони функціонування екосистем. Цьому допомагають експериментальна та математична екологія (моделювання екологічних процесів, обробка інформації та кількісний аналіз), що входять до складу загальної екології.

Ми також дотримуємося думки, що загальну екологію слід відділити  від низки прикладних екологічних наук як теоретичну, але з умовою, що основу її становить біоекологія з усім колом сучасних проблем.

Біоекологія вивчає найзагальніші  закономірності взаємовідносин організмів та їх угруповань із зовнішнім середовищем  у природних умовах, формує уявлення про екологію як економіку природи на основі вивчення потоків речовини, енергії та інформації в життєдіяльності організмів, їх груп та біологічних систем. Вона є материнським субстратом і головною складовою сучасної екології.

У зв'язку з розширенням людської діяльності й посиленням її негативних впливів на природу останніми десятиліттями активно розвиваються різні напрями в сфері прикладної екології. Цих напрямів набагато більше, ніж у блоці класичних біоекологічних наук. Прикладна екологія вивчає механізми руйнування біосфери, розробляє методи запобігання йому й способи раціонального природокористування.

Прикладна екологія складається  з трьох основних блоків — геоекологічного, техноекологічного й соціоекологічного  — кожен з яких, відповідно до диференціації галузевих напрямів, має десятки відгалужень.

 

2. Основні  поняття і терміни

Біомаса - Це загальна маса особин одного виду, груп видів чи спільноти в цілому (рослини, тварини, мікроорганізми), яке  припадає на одиницю поверхні (обсягу), місця. проживання (у сирому або сухому вигляді). Виражають біомасу в кілограмах на гектар, грамах на квадратний або кубічний метр або в джоулях (одиницях енергії). Найбільшу біомасу на сухому посередині гетеротрофів мають безхребетні і грунтові мікроорганізми (біомаса дощових черв'яків може досягати 1000-1200 кг/га), близько 90% біомаси біосфери припадає на біомасу наземних рослин, які за допомогою. фотосинтезу - біосферного процесу -- засвоюють вільну енергію і забезпечують існування всього живого. Початком біологічного кругообігу речовин є саме фотосинтез. Але механізм фотосинтезу залишається таємницею для вчених і понині. Є кілька гіпотез, які пояснюють механізм цього явища. Одна з останніх - фотовольтаічная Г. Комісарова.

На  Протягом останніх десятиліть все частіше вживається термін «Агроценоз». Агроценоз - молоді біоценози, які формуються в наш час, характеризуються видовою бідністю та одноманітністю і підтримуються людиною завдяки розробленої нею системі агротехнічних та агрохімічних заходів. Це вторинні, видозмінені людиною біогеоценози (поля, городи, сади, підводні плантації мідій і т.п.).

 В агроценозах регуляторні зв'язки дуже ослаблені, що призводить до різкого збільшення чисельності шкідників та збудників різних хвороб. Але агроценозу дають людству до 90% продуктів харчування.

Агроценоз - Результат екстенсивного розорення  земель, суперіррігацій і неписьменних меліорацій, активного випасу худоби, вирубки лісів, суперхімізація земель, а також тривалого вирощування  одних і тих самих культур  на одних і тих самих полях. Вони існують порівняно з природними дуже нетривалий час (зернові агроценозу - рік, садові - 30-40 років).

Агроценоз - Наслідок антропогенного обміну речовин, яке є екологічно дуже недосконалим, незамкнутим, так як на вході цього  обміну є природні ресурси, а на виході - агрохімічні, промислові та побутові відходи, які не повертаються на виробництво, не депонуються і не розкладаються, як це зазвичай відбувається в біосфері мільйони років.

Важливими є також поняття біологічний  маленький і великий геологічний кругообіг речовин, а також кругообіг води, азоту, вуглекислого газу як найголовніших, з екологічної точки зору, компонентів атмосфери, а також кругообігу сірки, фосфору, вуглецю як найважливіших життєвих речовин біосфери.

 Кругообіг речовин - це їх багаторазове участь в природних процесах, які одвічно відбуваються в геосферах. Велику роль у кругообігу речовин, а точніше хімічних елементів, грають живі організми, на що вперше звернув увагу французький вчений Ж. Ламарк. В. Вернадський досліджував це питання і сформулював основні закони біогеохімічного кругообігу.

Маленький, або біологічний (біотичний), кругообіг  має місце в межах маленьких  екосистем, великий (геологічний) в  межах планети, між океанами і  континентами. Під час кругообігу відбувається колоподібне циркуляція речовин між повітрям, грунтом, водою, рослинами, тваринами та мікроорганізмами, мінеральні речовини, потрібні для життя, поглинаються, трансформуються, надходять з навколишнього середовища до складу рослинних організмів, а від них через ланцюги живлення у вигляді органічних речовин - до тварин, далі через ланку редуцентов - Сновсіл в навколишнє середовище (в грунти, води, повітря) у вигляді неорганічних речовин.

Завдяки наявності в атмосфері та гідросфері великого резервного фонду вуглецю, азоту, кисню, сірки, фосфору кругообіги можуть відносно швидко саморегулюватися.

Під час біологічного кругообігу відбуваються дуже характерні зміни енергії в  процесі переходу з одного трофічного рівня на іншого. У трофічний кругообіг  екосистеми в середньому надходить близько 1% сонячної енергії, на наступні вищі трофічні рівні з нижчих переходить лише 10% засвоєної організмами енергії, а 80-90% розсіюються в екосистемі у вигляді тепла. Рослини використовують сонячну енергію з ефективністю від 0,1 до 1%. Растенеядние тварини споживають близько 10% енергії, акумульованої рослинами, хижаки - до 10% накопиченої травоїдними тваринами (їх біомаси), тобто всього близько 0,001% сонячної енергії, що поступає на Землю. Цей факт дозволив побудувати екологічні піраміди біомас, енергії, екосистем.

Наведемо  ще кілька важливих екологічних понять.

Гомеостаз - Стан внутрішньої динамічної рівноваги  природної системи, яка підтримується  шляхом регулярного відновлення  основних її структур, матеріально-енергетичного складу тобто постійної функціональної саморегуляції її компонентів. Цей стан характерний для всіх природних систем - від атома і організму до Галактиці.

 Ієрархія екосистем - функціональне підпорядкування (приналежність дрібних і простих систем до великих і більш складних) екосистем різного рівня організації. Ієрархічний ряд має такий вигляд: біогеоценоз - біогеоценотіческій комплекс - ландшафт (ландшафтна провінція) - природний пояс - біогеографічний область (подсфера біосфери, або екосистема суші, океану, атмосфери, глибин Землі) -- біосфера. Екосистеми кожного рівня мають свій кругообіг речовин.

Катаценоз - Заключна стадія вимирання біотичної  спільності, деградація біотичної середовища.

Клімакс - Завершальна фаза біогеоценотіческой сукцесії; завершальний етап розвитку біогеоценозів в даних умовах існування; завершальна досить стійка фаза (не змінюється протягом десятиліть) природної біогеноценотіческой су-кцессіі, яка найбільше відповідає екологічних умов даної місцевості в певний період геологічного часу.

 Негентропія - Величина, обернена ентропії; міра віддаленості від стану енергетичного рівноваги, прагнення до нерівномірності. Негентропія збільшується з зростанням організованості системи. Організми та екосистеми мають значну негентропію.

 Принцип Реді - живе походить від живого, а між живим і неживим речовиною існує непереходная кордон.

 Сукцесія - Послідовна зміна біоценозів, яке виникає на одній і тій же території (біотопі) під впливом природних або антропогенних факторів.

 

3. Життя екосистем. Основні екологічні закони та екомоніторинг

Екосистема -- єдиний природний комплекс, утворений  за довгий період живими організмами  і середовищем, в якому вони існують, і де всі компоненти тісно пов'язані  обміном речовин і енергії. Але, відповідно до подання Ю. Одум, не всяка комбінація життя-середовище - може бути екосистемою. Нею може стати лише середовище, де має місце стабільність і чітко функціонує внутрішній кругообіг речовин. Виділяють мікроекосістеми (пеньок з грибами, невелике болото), мезоекосістеми (ділянка лісу, озеро, водосховище) і макроекосістеми (континент, океан). Глобальної екосистемою є біосфера нашої планети. Часто екосистему ототожнюють з біогеоценозом. І. Дедю вважає, що категорії екосистема та біогеоценоз збігаються на рівні рослинної спільності і принципово різняться лише вище і нижче цього рівня. «Екосистема» - поняття більш загальне. Компоненти біогеоценозу - біотоп і біоценоз. Біотоп - однорідне за абіотичних факторів середовища простір, зайняте біоценозів (тобто місце життя виду, організму), а біоценоз - спільнота організмів (продуцентів, консументів і редуцентов), які живуть в межах одного біотопу. Поняття «Біоценоз» - умовне, оскільки поза середовищем існування організми жити не можуть, але ним зручно користуватися у процесі вивчення екологічних зв'язків між організмами.