Источники и слагаемые современной экологии

Современная экология представляет собой комплекс знаний о взаимоотношениях общества и природы. Рассмотрим источники и слагаемые современной экологии, а также охарактеризуем основные разделы [2].

Математика

Физика теория больших Общая

Теория систем динамических систем экология

География

Климатология Биогеография Геоэкология

Биология

Зоология Экология животных

Ботаника Экология растений

Микробиология Экология микробов Биоэкология

Генетика Популяционная экология

Медицина

Гигиена Экология человека

Антропология социальная

Социология, демография экология

Экономика

Экономика природопользования

Прикладная

Энергетика экология

Промышленность Проблемы ресурсов

Сельское хозяйство и окружающей среды

Промысел

Общая экология– посвящена объединению разнообразных экологических знаний на едином научном фундаменте. В нее входят:

- теоретическая экология, которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем, в том числе эколого-экономических, природно-хозяйственных.

- экспериментальная экология, которая даёт важный фактический материал. Для изучения механизмов природных экологических процессов, которые происходят медленно и зависят от множества факторов, недостаточно одних натурных наблюдений, нужен эксперимент.

- математическая экология. Возможности эксперимента в экологии тоже ограничены, поэтому широко применяется математическое моделирование, в том числе моделирование экологических систем и процессов. В этот раздел экологии входит также обработка информации и количественный анализ фактического материала.

Биоэкология – основа всей экологии, подразделяется:

– на экологию естественных биологических систем: особей как представителей определенных видов (аутоэкология), популяций (демэкология), многовидовых сообществ, биоценозов (синэкология), экологических систем (биогеоценология).

– экологию групп организмов – царств бактерий, грибов, животных, а также более мелких систематических единиц: типов, классов и т. п.

– эволюционную экологию – учение роли экологических факторов в эволюции и о смене экологических условий в истории Земли.

Геоэкология изучает взаимоотношения организмов и среды обитания с точки зрения их географической принадлежности и влияния географических факторов. В нее входят:

– экология обитателей разных сред (наземной, почвенной, водной);

– природно-климатических зон (тундра, тайга, степи, пустыни и др.);

– экология ландшафтов (речных долин, морских берегов, болот, островов, гор, коралловых рифов и т.п.). Ландшафт – первичная единица геоэкологии. К геоэкологии относится экологическое описание различных стран, регионов, континентов.

На стыке биоэкологи и геоэкологии возникло учение о биосфере – глобальной экологической системе.

Экология человека – комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как индивида (биологической особи) и личности (социального субъекта) с окружающей его природной и социальной средой. Экология человека занимается в том числе изучением экологических ниш и потребностей человека, вопросов сохранения и развития здоровья, совершенствования физических и психических возможностей человека. Экология человека отличается от экологии животных многообразием условий обитания и деятельности, наличием цивилизации и культуры.

Социальная экология как часть экологии человека изучает связь общественных структур (начиная с семьи и других малых общественных групп) с природной и социальной средой их окружения. Сюда относятся экологические факторы цивилизации, экологическая демография, экология этносов и этногенеза – формирование рас и наций.

Прикладная экология – большой комплекс дисциплин, связанных с разными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Все основные аспекты науки об окружающей среде реализуются в прикладной экологии. Она исследует механизмы воздействий человека на природу, следит за качеством окружающей человека среды, осуществляет экологическую регламентацию хозяйственной деятельности, разрабатывает технические средства охраны окружающей среды и восстановления нарушенных человеком природных систем. В её состав входят:

- инженерная экология – изучение и разработка инженерных средств и норм, отвечающих экологическим требованиям производства в строительстве, энергетике, транспорте и т. д. Это контроль и регламентация выброса побочных продуктов; экологическая безопасность технологических процессов.

- сельскохозяйственная экология – биологические основы земледелия и животноводства, принципы рациональной эксплуатации земельных ресурсов, повышения продуктивности и получения экологически чистой продукции.

- экология поселений, коммунальная экология – разделы, посвященные особенностям и влиянию различных факторов искусственно преобразованной среды обитания людей в жилищах, городах (урбоэкология).

- биоресурсная и промысловая экологияизучает условия, при которых эксплуатация биологических ресурсов природных экосистем (лесов, водоемов, морей, океана) не приводит к их истощению и нарушению, утрате видов, уменьшению биологического разнообразия.

- медицинская экология – область изучения экологических условий возникновения, распространения и развития болезней человека, в т. ч. хронических заболеваний, обусловленных природными факторами и неблагоприятными техногенными воздействиями среды. Медицинская экология включает экологию отдыха и оздоровления людей.

Из перечня видно, что экологизации подверглись многие науки и сферы практической деятельности. Все они тесно взаимодействуют, взаимно обогащая друг друга, поэтому многие из них сложно разделить. Например, экологию человека, социологию и антропологию, или сельскохозяйственную экологию и агробиологию. Это говорит о том, что экология занимает лидирующее положение в современной науке и способствует объединению знаний о природе и обществе на едином научном фундаменте.

Методы экологии

Разнообразие исследовательских задач влечет за собой и разнообразие применяемых в экологии методов. Экология – системная наука, поэтому своих методов у нее нет, она заимствует методы из других наук.

1. Методы регистрации и оценки состояния среды. К ним относятся метеорологические наблюдения; изменения температуры, солености, химического состава воды; радиационного фона; химической и бактериальной загрязненности среды и т. п. Сюда же относится и мониторинг – периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством среды. Для мониторинга используются физико-химические методы анализа, биоиндикации и биотестирования, дистанционного зондирования, телеметрии, компьютерной обработки данных.

2. Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных. Они лежат в основе изучения природных сообществ. Для этого применяются подсчёты особей на контрольных площадках, отлов и мечение животных, наблюдение за их перемещением с помощью телеметрии, аэрокосмической регистрации численности стад, скопления рыбы, методы демографии для изучения динамики численности популяций.

3. Исследование влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов – наиболее разнообразная группа методов экологии. Чаще всего применяют наблюдения в лабораторных условиях за изменением функций растений или животных под воздействием строго контролируемого фактора. Таким образом, определяются критические и летальные дозы химических и других агентов. Впоследствии эти данные используются для экологического нормирования. Для выполнения указанных задач используются экспериментальная техника и методы биохимии, токсикологии.

4. Методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сообществах. Натурные и лабораторные исследования пищевых отношений, переноса вещества и энергии от одного звена пищевой цепи к другому: от растений к травоядным животным, от травоядных к хищникам.

5. Методы математического моделирования. Данная группа методов используется для целей прогнозирования и управления, приобретая всё большее значение. В настоящее время существуют математические модели техногенных эмиссий, распространения загрязнений в атмосфере, самоочищения реки, модели многих экологических процессов. Сложнее моделировать экологические системы. Для этой цели используются численные методы имитационного моделирования, основанные на применении современной вычислительной техники, т. к. аналитические решения практически невозможны.

6. Методы прикладной экологии. К ним относятся: создание банков экологической информации, относящихся к различным регионам, территориям, городам, промышленным центрам; анализ состояния территорий для целей экологической диагностики и оздоровления экологической обстановки; методы экологически ориентированного проектирования хозяйственных и гражданских объектов; методы снижения вредного действия производств и изделий; методы оценки влияния техногенных загрязнений на здоровье людей; методы контроля хозяйственной деятельности, такие как экологическая аттестация предприятий, экологическая экспертиза и т. д.

Иерархия понятий

Главный объект экологии – экологическая система. Система – реальная или мыслимая совокупность частей, целостные свойства которой определяются взаимодействием между частями (элементами системы). В материальном мире существуют определённые иерархии – упорядоченные последовательности соподчинения и усложнения. Все многообразие нашего мира можно представить в виде трех последовательно возникших иерархий. Это – природная, физико-химико-биологическая (Ф, Х, Б), социальная (С) и техническая (Т) иерархии. Объединение систем из физико-химической части иерархии с живыми системами биологической части иерархии приводит к экологическим системам.

Рис.1 . Иерархия материальных систем по Т. А. Акимовой, В. В. Хаскину [2]

В иерархии происходит укрупнение понятий: внизу – строгое физико- химическое описание, чем выше понятие, тем оно более общее.

Каждый отдельный организм является самостоятельной биологической системой. Организмы одного вида в природе всегда представлены не по отдельности, а определёнными организованными совокупностями – популяциями. Популяция(от лат. populus – народ)– особи одного вида, заселяющие общие места обитания, связанные общностью генофонда, способные к саморегулированию и поддержанию определенной численности. Особи в популяции неравноценны, популяция имеет возрастную, половую и функциональную структуру. Система более высокого уровня в общей картине организации живого вещества называется биоценозом (от греч. bios – жизнь, koinos – общий) – сообщество разных видов растений, животных и микроорганизмов, населяющих участок с более или менее однородными условиями. Макросистема более высокого ранга биогеоценоз (bios – жизнь, – земля, koinos – общий). Это понятие ввел в экологию В. Н. Сукачев (1942). Биогеоценоз – это природная система, включающая в себя популяции растений, животных и микроорганизмов, а также окружающую их среду.

биогеоценоз = биоценоз + биотоп

органическая неорганическая

составляющая составляющая

Биотоп – однородное по абиотическим факторам среды пространство, пристанище биоценоза (лес, луг), т. е. участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями.

Основной объект экологии – экологическая система. Экосистема– совокупность разных видов организмов и условий их существования, находящихся во взаимосвязи друг с другом. Термин “экосистема” ввел в экологию английский ботаник Артур Тенсли (1935). Понятия “экосистема” и “биогеоценоз” близки друг к другу, но не являются синонимами. Понятие экосистемы не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности или происхождения. Оно может быть применимо как к относительно простым искусственным (аквариум, теплица, космический корабль), так и к сложным естественным комплексам организмов и среды их обитания (озеро, лес, океан). Биогеоценоз – главная форма существования природных экосистем, наземная экосистема. Главная характеристика, определяющая биогеоценоз – тип растительного покрова, по которому судят о принадлежности однородных биогеоценозов к данному экологическому сообществу (сообщество березового леса, ковыльной степи, сфагнового болота и т.п.). Таким образом, каждый биогеоценоз можно назвать экосистемой, но не каждая экосистема может быть отнесена к биогеоценозу.

Глобальная экосистема, включающая в себя все живое вещество планеты и среду его обитания – биосфера.

ЛЕКЦИЯ 2

БИОСФЕРА

Учение Вернадского о биосфере, роль живого вещества в существовании глобальной экологической системы. Химические и физиологические особенности живых систем. Механизмы стабилизации (гомеостаз и саморегулирование) и термодинамика биологических систем.

Строение биосферы и ее функции. Обобщенный принцип Ле Шателье – Брауна.

Биосфера (от греч. bios – жизнь, sphaira – шар) – область обитания живых организмов (живая оболочка Земли), состав, структура и энергетика которой определяются и контролируются планетарной совокупностью живых организмов – биотой. Термин “биосфера” впервые ввел австрийский геолог Эдуард Зюсс (1873). Развитие учения о биосфере принадлежит В. И. Вернадскому. По В. И. Вернадскому “биосфера представляет собой определенную геологическую оболочку, резко отличную от всех других оболочек нашей планеты”. Он отмечал, что биосфера – это не просто пространство, где обитают живые организмы, но и все геохимические процессы на Земле, формирование лика Земли, связаны с живыми существами. В. И. Вернадский отмечал, что живое вещество аккумулирует энергию космоса, трансформирует ее в энергию земных процессов (химическую, механическую, тепловую, электрическую), непрерывно обменивается веществом с неживой материей, обеспечивая образование нового живого вещества и определяя тем самым эволюцию биосферы. Неживые тела не способны самопроизвольно осуществлять столь сложные преобразования энергии в естественных процессах. Вернадский пришел к выводу, что жизнь может существовать только в форме гигантской системы – биосферы. Изменяются виды живых организмов, изменяется и биосфера. Их развитие связано между собой и подчиняется определенным законам.

Вещество биосферы сложно и имеет, по мнению Вернадского, несколько компонентов [3].

1. Живое вещество– совокупность всех живых организмов на планете (микроорганизмов, растений, животных).

2. Косное вещество (твердое, жидкое, газообразное) – вещество неорганического происхождения, т. е. образуемое в процессах, в которых живое вещество не участвует (магматические руды, продукты их преобразования абиогенного и т. д.).

3. Биогенное вещество – вещество, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами на протяжении геологической истории (торф, уголь, битумы, известняки, нефть и т. д.). К ним же относят химические соединения или элементы, необходимые для поддержания жизни.

4. Биокосное вещество – вещество, которое создается одновременно в процессах жизнедеятельности живых организмов и в процессах неорганической природы, причем организмы играют ведущую роль (вода, почвы, илы).

5. Вещества, находящиеся в процессе радиоактивного распада(радиоактивные элементы).

6. Рассеянные атомы, непрерывно образующиеся из различных видов земного вещества под влиянием космического излучения.

7. Вещество космического происхождения (космическая пыль, обломки метеоритов и т. д.)

Важнейшие компоненты биосферы по качеству и значительные по количеству – первые четыре вида вещества. Как мы уже сказали, все геохимические процессы на Земле связаны с живыми существами. В чем же состоят особенности живого вещества?