Объясните процесс самоочищения водной, приземновоздушной и почвенной сред жизни.

Современная экология

Условия среды обитания человека создавались на протяжении многих миллионов лет живыми организмами и продуктами их жизнедеятельности- природной средой. В настоящее время существование человека в природной среде возможно только при обязательном условии сохранения всего разнообразия живого вещества, процессов его саморазвития и саморегулирования. Человек очень мало знает о механизмах этих процессов и поэтому их изучение является важнейшей задачей современной экологии и экологического образования.

Современная экология –это наука о жизни и сохранении живого вещества планеты, выживании человечества. Объектами изучения этой науки являются: живые организмы и их среда обитания - природная среда, человек как вид и социум, а также и созданные человеком среды: природохозяйственная, хозяйственная и социально- экономическая. И, соответственно, современную экологию представляют ее основные разделы – общей экологии или биоэкологи, изучающей природную среду и ее компоненты, а так же социальной и прикладной экологий, которые, на фундаментальных положениях биоэкологии, изучают человека, созданные им среды и их влияние на природную среду.

Природная среда – среда со всеми живыми организмами и факторами их жизни. Её важнейшим и отличительным свойством является способность самоподдержания и саморегуляции.

Природохозяйственная среда – природная среда, вовлеченная в экономическую деятельность человека с целью использования ее ресурсов для получения необходимых товаров и услуг. В этой среде человеком нарушаются ее природные свойства и для сохранения ее продуктивности затрачиваются определенные усилия.

Хозяйственная среда – среда состоящая в основном из искусственно созданных антропогенных структур и некоторых природных элементов: атмосферного воздуха, естественного освещения, климата, водоемов, растительности и т.п.

Социально-экономическая среда– созданная человеком среда для удовлетворения своих безграничных потребностей. Функционирование этой среды вызывает подавляющее число экологических проблем и именно эта среда ответственна за их решение.

Термин «экология» введен немецким естествоиспытателем Э. Геккелем в 1866 г. и в дословном переводе с греческого обозначает науку о доме (ойкос – дом, логос – наука), это учение о доме – среде обитания и о живых существах, населяющих нашу планету.

Основные составляющие современной экологии:

- экология общая - изучает общие закономерности взаимоотношения организмов и их сообществ между собой и средой своего обитания. Эта экология биологическая – биоэкология, или экология классическая. Ее разделами являются - экология элементарных единиц жизни, особей - (аутэкология), экология совокупности особей одного вида - (популяционная экология), экология сообществ и учение об экосистемах - (синэкология), учение о биосфере - (глобальная экология).

- экология социальная – изучает взаимоотношения в системе «общество-природа» и отличие жизнедеятельности человека от жизни других живых существ.

- экология прикладная изучает и устанавливает допустимые нормы нагрузки антропогенной деятельности на экосистемы, нормы использования природных ресурсов, разрабатывает инженерные, социально-экономические, юридические и т.п. методы сосуществования человеческого общества в экосистемах.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Как создавалась среда жизни человека?

2. Каковы важнейшие задачи современной экологии и экологического образования?

3. Объясните понятие «природная среда».

4. Объясните понятие «природохозяйственная среда»,

5. Объясните понятие «хозяйственная среда».

6. Объясните понятие «социально – экономическая среда»,

7. Что изучает современная экология? Какие основные разделы она объединяет?

8. Когда и кем был введен термин «экология»?

9. Что изучает общая экология?

10. Что изучает экология социальная?

11. Что изучает прикладная экология?

Основные понятия общей экологии

Главным понятием в экологии является понятие «экосистема» - характеризующееся как сообщество живых организмов и среды их обитания, которое существует и функционирует как единое целое.

Основные признаки экосистемы: круговороты веществ и потоков энергии, способность противостоять (в определенных пределах) внешним воздействиям, саморазвиваться и саморегулироваться.

Различают микроэкосистемы (напр., ствол гниющего дерева, небольшой пруд и т.п.), мезоэкосистемы (лес, озеро, река и т.п.), макроэкосистемы (океан, континент и др.) и глобальную экосистему в границах всей планеты (биосферы). Более крупные экосистемы включают в себя системы меньшего ранга. Биогеоценоз является самой элементарной частью экосистемы, свойства которого определяет сообщество взаимосвязанных живых организмов - биоценоз,на относительно однородном пространстве- биотопе или экотопе. Каждый биоценоз состоит из множества видов живых организмов, но виды входят в него не отдельными особями, а популяциями или их частями.

Популяция – часть особей одного вида, населяющая определенное пространство в течение большого числа поколений и обладающая определенной степенью изоляции.

Можно сказать, что биогеоценоз – это взаимосвязанные между собой и с условиями среды популяции различных видов.

В экологии часто используется термин «сообщество». Под ним понимается и совокупность взаимосвязанных организмов разных видов (синоним биоценоза), или аналогичная совокупность только растительных - (фитоценоз или растительное сообщество), только животных организмов - (зооценоз),только микробного населения - (микробиоценоз).

Практически все природные системы обмениваются друг с другом веществом, информацией и энергией, т.е. они относятся к типу открытых систем, однако есть еще изолированные, у которых нет никакого обмена, и закрытые – они обмениваются с соседними только энергией.

Эмерджентность - универсальное качество экосистем – (эмедж – англ. возникновение нового) которое заключается в том, что свойства системы, как целого, не являются суммой свойств, слагающих ее частей. Элементарные части экосистем (биогеоценозы) объединяясь, резко увеличивают свои свойства и создают более организованную (по энергетике, информации, продуктивности и устойчивости) систему. Например, одно дерево, как и редкий древостой, не обладают свойствами леса, т.к. они не создают определенный набор качества природной лесной среды.

Солнечная энергия является основой всех жизненных, энергетических процессов в биосфере. Общая энергетика этих процессов подчиняются первому и второму правилу термодинамики.

Первое правило-энергия не возникает и не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую.

Второе правило- часть энергии любого превращения живого вещества рассеивается или теряется в виде тепла.

Энтропия определяет величину потери энергии.Полной потерей энергии характеризуется мертвый организм. Его температура понижается до температуры окружающей среды, а составляющие его химические элементы и соединения становятся частью среды и включаются в круговорот. Можно сказать, что организм не может извлекать энергию из окружающей среды, в нем отсутствует какое-либо взаимодейтвие между элементами и, он, как система, приходит в состояние полной неупорядоченности или к своей максимальной энтропии.

Живой организм или нормально функционирующая экосистема характеризуется высокой степенью упорядоченности своих элементов. Они способны получать энергию из окружающей среды. Их взаимодействие сохраняет и поддерживает необходимый для жизни уровень энергии и противостоит энтропии.

Негоэнтропия – показатель противоположный энтропии. Чем лучше взаимодействие элементов системы, чем лучше они используют энергию внешней среды, тем выше значение ее негоэнтропии. Опасно любое вмешательство в систему если оно ведет к снижению ее негоэнтропии, а, следовательно, к снижению устойчивости и способности противостоять внешним воздействиям.

Человек разрушает элементы природных систем, их внутренние и внешние связи и, следовательно, уменьшает или ликвидирует их способности к жизни, развитию и саморегуляции.

Необходимые законы деятельности человека в биосфере сформулированы Б.Коммонером (четыре закона).

Первый законотражает, по сути, всеобщую связь процессов и явлений в природе и звучит так: «Всё связанно со всем».

Второй закон базируется на положении сохранения вещества и энергии: «Всё должно куда-то деваться».

Третий закон ориентирует на действия, которые должны быть согласующимися природными процессами: «Природа знает лучше». Он говорит о том, что мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы и легко нарушаем природные системы (например, математический расчет простейшего параметра биосферы потребует намного больше времени, чем время существования нашей планеты).

Сущность четвертого закона заключается в ориентации человека на то, что любое его действие в природе не остается бесследным и уничтожение природных систем приведет в дальнейшем к значительным экономическим затратам. Закон звучит так: «Ничего не дается даром».

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Объясните понятие «экосистема», ее основные признаки?

2. К какому виду систем относится экосистема и почему?

3. Объясните определение понятий «популяция», «биоценоз», «биогеоценоз», «сообщество»?

4. Что такое «эмерджентность»?

5. Объясните определение понятий «энтропия» и «негоэнтропия». Как на них влияет деятельность человека?

6. Какие свойства и явления природы отражают первый и второй законы Б.Коммонера?

7. На какие действия ориентируют деятельность человека третий и четвертый законы Б.Коммонера?

1.3. Среда обитания живых организмов, её факторы, среды жизни

Под средой обитания обычно понимают природные и, в некоторых случаях, антропогенные тела и явления, с которыми организм (организмы) находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Наряду с термином «среда обитания» используется также понятие «местообитание» - та среда жизни организма или вида, в которой осуществляется весь цикл его развития.

Под экологическими факторами понимают любой элемент или условие среды, с которыми связано приспособление организмов к её условиям, или адаптация организмов. Возможное резкое изменение экологических факторов может вызвать гибель организма.

Экологические факторы можно разделить на три основные группы:

1. Факторы неживой природы – абиотические (климатические, атмосферные, почвенные, гидрологические и др.).

2. Факторы живой природы – биотические (влияние одних организмов на другие).

3. Факторы человеческой деятельности – антропогенные.

Наибольшую трудность при адаптации живых организмов представляют факторы или их уровни, с которыми вид не встречался в процессе своей эволюции, это, в основном, группа антропогенных факторов.

В комплексе действия факторов можно выделить некоторые закономерности, которые являются универсальными (общими) по отношению их действий на живые организмы. Их характеризуют правило оптимума, правило взаимодействия факторов, правило лимитирующих факторов.

Правило оптимума. В соответствии с этим правилом для экосистемы или организма имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами этой зоны лежат зоны угнетения, в которых существование живых организмов невозможно.

Диапазон значений факторов между зонами угнетения называют экологической валентностью. Синонимами термина валентность является термин толерантность т.е.способность организмов выносить отклонения факторов среды от оптимального для них, и пластичность,степень выносливости организма к воздействиям факторов среды.

Правило взаимодействия факторов:одни экологические факторы могут, в какой-то степени усиливать или уменьшать силу действия других факторов, например, избыток тепла в атмосфере может в какой-то мере может смягчаться пониженной влажностью воздуха, недостаток света для фотосинтеза растений – компенсироваться повышением углекислого газа и т.п. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимозаменяться. Они не взаимозаменяемы.

Правило лимитирующих факторов: фактор, имеющийся в недостатке или избытке на границах зон угнетения отрицательно влияет на организмы, и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов. Например, если в почве имеются в достатке все необходимые для растения химические элементы, кроме одного, то затруднение в развитии растения будет обусловливаться отсутствием именно этого элемента, а все другие не проявят своего действия. Лимитирующие факторы обычно определяют границы распространения видов (популяций), их ареалы. От них зависит продуктивность организмов и сообществ.

Всё разнообразие условий жизни живых организмов на Земле объединяют в четыре среды жизни: водную, приземно-воздушную, почвенную и организменную.

Среды жизни выделяются обычно по фактору или комплексу факторов, которых никогда не бывают в недостатке. Эти факторы являются средообразующими и обусловливают свойства сред.

Водная среда наиболее однородная среди других. Она мало изменяется в пространстве, здесь нет четких границ между отдельными экосистемами. Амплитуды изменения значений факторов невелики. Лимитирующим фактором в этой среде часто бывает кислород. Содержание его обычно не превышает 1% от объема.

Приземно-воздушная средаотносится к наиболее сложной, как по свойствам, так и по разнообразию в пространстве. Для неё характерны низкая плотность воздуха, большие колебания температуры (годовые амплитуды до 100 ^оС), высокая подвижность атмосферы. Лимитирующими факторами чаще всего являются недостаток или избыток тепла и влаги, недостаток света, загрязнения.

Почвенная среда имеет свойства, сближающие её с водной и наземно-воздушной средами. К специфическим свойствам, присущим только почве, относится плотное сложение. В почвах обычно выделяют три фазы (части): твердую, жидкую и газообразную. Почва – наиболее насыщенная живыми организмами часть биосферы (почвенная пленка жизни). Поэтому в ней иногда выделяют четвертую фазу – живую. В качестве лимитирующих факторов в почве чаще всего выступают недостаток тепла, а также недостаток или избыток влаги.

С организмами как средой обитания связан паразитический или полупаразитический образ жизни. Организмы этих групп получают кондиционированную среду (по температуре, влажности и другим параметрам), и готовую, легкоусвояемую пищу. Результатом этого является упрощение всех их систем и органов, или даже потеря некоторых из них. Лимитирующее звено в жизни паразитов – возможность потери хозяина. По этой причине паразиты, как правило, не убивают своего хозяина и имеют приспособления, увеличивающие вероятность выживания в случае его потери. Основной путь сохранения вида (популяции) в таких условиях – большое число зачатков в виде долго сохраняющихся цист, спор и т.п. Это повышает вероятность встречи с хозяином. Часто используются промежуточные хозяева.

Водная, приземновоздушная и почвенные среды жизни обладают природной способностью самоочищения, они могут не разрушаясь перерабатывать не свойственные им природные и некоторые антропогенные соединения.

Самоочистительная способность водной и почвенной сред жизни связана с деятельностью живых организмов. Они перерабатывают загрязняющие вещества до элементов и простых соединений и некоторые из них преобразуются в живую органическую массу. Самоочистительная способность приземновоздушной среды, в основном, так же связана с деятельностью живых организмов водной и почвенной сред т.к. ее загрязнители под влиянием силы тяжести и вымывания атмосферными осадками попадают в водную и почвенные среды. Очевидно, что в средах жизни имеющих большее количество живых организмов процессы самоочищения идут быстрее.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Объяснимте понятие «среда обитания»?

2. Объясните понятие «экологические факторы»? На какие основные группы их можно разделить?

3. Какие факторы среды обитания представляют наибольшую трудность для адаптации живых организмов?

4. Объясните «правило оптимума».

5. Дайте определение понятий «экологическая валентность», «толерантность», «пластичность»

6. Объясните «правило взаимодействия факторов» и «правило лимитирующих факторов».

7. Какие среды жизни объединяют все разнообразие жизни на земле? Как их выделяют?

8. Какие типичные свойства наблюдаются у водной среды, какие ее лимитирующие факторы?

9. Какие типичные свойства наблюдаются у наземно - воздушной среды, какие ее лимитирующие факторы?

10. Какие типичные свойства наблюдаются у почвенной среды, какие ее лимитирующие факторы?

11. Объясните понятие организменная среда. Какой лимитирующий фактор жизни паразитов?

Объясните процесс самоочищения водной, приземновоздушной и почвенной сред жизни.