Предмет, структура и задачи экологии

Итак, экология изучает взаимосвязи:

· между организмами (включают пищевые и непищевые взаимосвязи);

· между организмами и средой их обитания;

· взаимосвязи внутри экосистем.

Соответственно, структура классической биоэкологии включает аутэкологию (экологию отдельных организмов), демэкологию (экологию популяций и видов), синэкологию (экологию сообществ организмов).

Как известно, в настоящее время науки претерпевают как бы два взаимно противоположных процесса. С одной стороны, происходит их дифференциация - науки распадаются на множество специализированных направлений, а с другой стороны, - интеграция - многие научные исследования проводятся на стыке наук, на стыке различных направлений возникают новые науки. Эти процессы не обошли стороной и экологию. Итак, определим уже названные разделы биоэкологии:

· аутэкология - изучает взаимоотношения отдельной особи (представителей вида) с окружающей ее (их) средой; определяет пределы устойчивости и предпочтения вида по отношению к различным экологическим факторам;

· демэкология - изучает взаимоотношения популяций с окружающей их средой, изучает демографию и ряд других характеристик популяций в свете их отношений с окружающей средой;

· синэкология - исследует биотические сообщества и их взаимоотношения со средой: формирование сообществ, их энергетику, структуру, развитие и т.д.

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения экологии – экосистемы, представляющие собой единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область её компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяций, биотических сообществ и биосферы в целом. Иерархия экологических уровней и область изучения экологии представлена на рис.1.1. Экология изучает главным образом те системы, которые расположены в верхней части спектра, то есть выше уровня организма.

Рис. 1.1. Иерархия экологических уровней:

Следовательно, предметом экологии являются системы надорганизменного уровня – популяционные, экологические и биосфера.

Популяция – совокупность разновозрастных особей одного вида, объединённых общими условиями существования, обменивающихся генетической информацией. Популяция характеризуется рядом признаков: плотность, рождаемость, смертность, возрастная структура, распределение в пространстве, кривая роста и т.п.

Количественно популяция может быть оценена числом особей, пpиходящихся на аpеал (площадь ее pаспpостpанения). Так обычно оцениваются популяции животных, в частности - пpомысловых. Другим паpаметpом является плотность популяции, котоpая может быть, в зависимости от целей, определена количеством особей или биомассой (или эквивалентной ей энергией) данного вида на единицу площади

Её обычно измеряют и выражают числом особей или биомассой популяции на единицу площади или объёма (500 деревьев на 1 га или 200 кг рыбы на 1 га поверхности водоёма).

Плотность популяции, являясь важнейшей ее хаpактеpистикой, но не дает исчерпывающего представления о благополучии популяции, динамики и тенденции ее развития. Эти данные могут быть получены из анализа динамики численности популяции, т.е. изучения pождаемости, смеpтности и возpастной структуры.

Рождаемость – способность популяции к увеличению численности.

Смертность – гибель особей в популяции.

Для исследования возpастных стpуктуp популяций используют гpафические пpиемы, напpимеp возpастные пиpамиды популяции, шиpоко используемые в демогpафических исследованиях (рис.1.2). Возрастной состав популяции – соотношение разных возрастных групп. В быстрорастущих популяциях значительную долю составляют молодые особи, в популяциях, находящихся в стабильном состоянии, возрастное распределение равномерно, а в отмирающих содержится большая доля старых особей.

Рис.1.2. Возрастные пирамиды популяции.
А - массовое размножение, В - стабильная популяция, С - сокращающаяся популяция

Исследования численности популяций и опpеделяющих ее фактоpов позволяет оценить последние и в отдельных случаях обеспечить ее биологическое pегулиpование.

Несколько популяций образуют сообщества – биоценозы.

Биоценоз – совокупность популяций, которая функционирует в определённом пространстве абиотической среды – биотопе. Биоценоз и биотоп функционируют как единое целое или экосистема.

Биоценоз + биотоп = экосистема

Экосистема – совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной связи друг с другом. Примером экосистемы могут быть лес, луг, озеро. Термин предложен А.Тенсли. для экосистемы характерен разного рода обмен веществ не только между организмами, но и между организмами и окружающей средой.

Как большие, так и малые экосистемы обычно не имеют четких границ. Переходная зона между 2 экосистемами называется экотоном.

Экотон является местом обитания растений и животных смежных экосистем. Кроме того, в этой зоне появляются свои организмы, которые не живут в соседних экосистемах. Экотон обычно характеризуется большим разнообразием организмов, чем близлежащие территории.

Очень близко по смыслу к понятию «экосистема» понятие «биогеоценоз». Термин предложен академиком В.Н. Сукачевым (bios - жизнь, geo - земля, koinos - сообщество)

Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира, и мира микроорганизмов), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией между собой и другими явлениями природы.

Понятие экосистема и биогеоценоз не синонимы. По определению А. Тенсли экосистема – это безразмерные устойчивые системы живого и неживого, в которых совещается обмен веществ и энергии. Таким образом, экосистема – это капля воды с микроорганизмами, лес, горшок, биологические очистные сооружения, космический корабль, но при этом биогеоценозом они не являются. Экосистема может включать несколько биогеоценозов. Таким образом понятие «экосистема» шире, чем «биогеоценоз», т.е. любой биогеоценоз является экосистемой, но не любая экосистема может считаться биогеоценозом, причем биогеоценозы – это сугубо наземные образования, имеющие свои четкие границы.

Биосфера – (гр. bios – жизнь, spharia – шар) – это сумма экосистем, включающая все живые организмы, взаимосвязанные с физической средой Земли. Оболочка Земли, в которой развивается жизнь разнообразных организмов, населяющих поверхность суши, почву, нижние слои атмосферы, гидросферу. В своей основе биосфера представляет собой результат взаимодействия живой и неживой материи. Впервые этот термин ввёл в 1875 году австрийский учёный Э. Зюсс.

Но впервые обратил внимание на огромную роль живого вещества в жизни нашей планеты и вложил в это понятие более глубокий смысл выдающийся русский учёный В.И. Вернадский. Он является основоположником современных представлений о биосфере.

Задачи экологии как науки:

1. исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенными воздействиями, на природные системы и биосферу в целом;

2. создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов, прогнозирование изменений природы под влиянием деятельности человека и управления процессами, протекающими в биосфере, и сохранения среды обитания человека;

3. регуляция численности популяций;

4. экологическая индикация при определении свойств тех или иных компонентов и элементов ландшафта, в том числе индикация загрязнения природных сред;

5. восстановление нарушенных природных систем;

6. сохранение (консервация) эталонных участков биосферы.

Задачи экологии как учебной дисциплины в техническом вузе гораздо уже. В процессе профессиональной деятельности будущий специалист инженер неизбежно будет влиять на окружающую среду и живущие в ней живые организмы. Следовательно, от того, насколько он понимает и владеет законами природы и ее структурой, будет зависеть устранение негативных последствий производства, в котором он работает.

Таким образом, задачи экологии применительно к деятельности инженера промышленного производства или проектно-конструкторского предприятия могут быть следующие:

1) Оптимизация технологических, и конструкторских решений, исходя из минимального ущерба окружающей среде.

2) Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий действующих и проектируемых предприятий на окружающую среду.

3) Своевременное выявление и корректировка технологических процессов, наносящих ущерб окружающей среде.

4) Создание систем переработки отходов промышленности.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Расположите в правильной последовательности уровни организации живых систем: 1) экосистемы; 2) популяции; 3) организмы; 4) биосфера

2. Что является объектом изучения аутэкологии?

3. Что является объектом изучения синэкологии?

4. В чём отличие понятий «экосистема» и «биосфера»?

5. Кто ввёл термин «экология» и что он означает?

6. Перечислите задачи экологии применительно к деятельности инженера.