УМП ЭКОЛОГИЯ

				Продолжение таблицы 1.4
1	2	3		4
18	8 Эколого-правовой	12		устный опрос;
	инструментарий			тестирование.
	рационального
	природопользования и
	охраны окружающей
	среды

1.3 Основные виды занятий

Особенностями проведения основных видов занятий для различных форм обучения при изучении данного курса является следующее.

Лекционные занятия представляют собой проблемные лекции, которые проводятся в аудитории, оснащенной мультимедийным оборудованием.

Практические занятия включают: экскурсии, ролевые и деловые игры, круглые столы, решение задач.

Самостоятельная работа студентов заключается в углублении знаний, полученных на лекциях путем изучения учебной, научной и периодической литературы, решении задач.

Данное учебно-методическое пособие содержит информацию по основным теоретическим аспектам дисциплины, вопросы, позволяющие проверить качество освоения материала, практические задания, позволяющие выработать умения и навыки по организации учебного процесса. Все это поможет студенту самостоятельно освоить дисциплину «Экология».

1.4 Материалы курса, выносимые студентам очной формы обучения для самостоятельного изучения

Таблица 1.5 – Дидактические единицы дисциплины, выносимые на самостоятельное изучение

	Наименование	Дидактические единицы (вопросы),	Форма
			отчетности о
	разделов, тем	выносимые на самостоятельное изучение
			результатах СР
	1	2	3
	1 Экология как наука.	Экологические знания и решение глобальных	зачет
	Экологические	проблем человечества и окружающей среды.
	факторы окружающей	Генетическая эволюция популяций под
	среды	действием естественных и антропогенных
		факторов
	2 Экологические	Динамика популяций. Механизмы	зачет
	системы. Потоки	регулирования равновесия в экосистемах.
	вещества и энергии	Роль устойчивости экосистем
		11

Продолжение таблицы 1.5

1	2	3
3 Структура биосферы.	Стратосферный озон и его роль в защите	зачет
Антропогенное	живых организмов от жесткого
воздействие на	ультрафиолетового излучения
биосферу
4 Здоровье человека и	Устойчивость живого организма к	зачет
среда обитания	загрязнению
5 Глобальные	«Демографический взрыв» как ведущий	зачет
проблемы окружающей	фактор возникновения глобальных проблем
среды	человечества. Опасность ядерной войны и ее
	глобальные экологические последствия
6 Экозащитная техника	Методы переработки вторичного сырья	зачет
и технологии
7 Нормирование и	Экологический бизнес и рынок.	зачет
система управления	Экологическое страхование
качеством
окружающей
природной среды
8 Эколого-правовой	Правовые основы охраны окружающей	зачет
инструментарий	природной среды и природопользования
рационального
природопользования и
охраны окружающей
среды

12

2 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ПРИ

ИЗУЧЕНИИ ДИСЦИПЛИНЫ «ЭКОЛОГИЯ»

2.1 Тема Экология как наука. Экологические факторы окружающей среды

2.1.1 Теоретические аспекты темы

1.История развития экологии как науки.

2.Экология как наука, ее содержание. Предмет исследования и основные задачи экологии. Место экологии среди других наук.

3.Среда обитания и условия существования.

4.Экологические факторы и их классификация.

5.Общие закономерности действия экологических факторов. Лимитирующие факторы.

6.Закон толерантности как основа экологического нормирования. Экологическая пластичность вида. Экологический спектр вида.

1 История развития экологии как науки

Экология как биологическая дисциплина возникла в середине XIX века, а в самостоятельную науку она превратилась только в первой половине XX века. Однако появлению экологии предшествовала длительная предыстория. Всю историю развития экологии можно разделить на пять этапов:

1. Первый этап – этап накопления экологических сведений о взаимодействии растений и животных со средой в рамках ботаники и зоологии. Этот этап продолжался с глубокой древности до конца XVIII века и его подразделяют на три периода: период древнегреческих философов, период средневекового застоя и период эпохи Возрождения.

В период древнегреческих философов накопленные экологические сведения нашли свое отражение в трудах древнегреческих философов. Аристотель описал поведение свыше 500 видов животных и классифицировал их по образу жизни и характеру потребностей. В его трудах имеются сведения о перелетах птиц, миграции и спячке рыб, строительной деятельности животных. Ученик Аристотеля Теофраст Эрезийский, который считается отцом ботаники, описал особенности растений в разных условиях среды. Он отмечал зависимость формы и роста растений от типа почвы и климата. Эмпедокл также отмечал взаимодействие растений с условиями среды. Известный древнегреческий врач Гиппократ в своих трудах описывал влияние факторов среды на здоровье человека.

13

Впериод средневекового застоя накопление экологических сведений не происходило, поскольку в науке доминирующей была теологическая теория происхождения жизни, и виды считались неизменными, влияние среды вообще отрицалось.

Вэпоху Возрождения великие географические открытия послужили толчком дальнейшему развитию естественных наук. В XVI – XVIII веках экологические сведения составляли основную часть отчетов научных

экспедиций	на	разные		континенты	и	острова.	В	трудах
С. П. Крашенинникова,			И. И. Лепехина,		П. С. Палласа		и	других

исследователей указывается на взаимозависимость изменений климата, флоры и фауны в разных частях Земного шара. Проблема влияния внешних условий на морфологию животных рассматривается в трудах Ж. Бюффона. Так, в «Естественной истории» он впервые признает, что превращение одного вида в другой происходит под влиянием внешних факторов. Благодаря накопленному научному материалу о растительном и животном мире различных материков земного шара стала формироваться наука биогеография, появление которой считается началом II этапа истории экологии.

2. Второй этап – этап формирования экологических направлений в рамках ботанической и зоологической географии. Он продолжался с конца XVIII века до середины XIX века.

В этот период быстрыми темпами развивалась наука биогеография, которая состояла из двух разделов: ботаническая география и зоологическая география, в рамках которых экологические сведения анализировались и на основании этого формировались экологические направления. Так, А. Гумбольт в 1807 году опубликовал книгу «Идеи географии растений», в которой высказал идею о том, что в сходных географических условиях у растений появляются сходные физиономические формы. Ж. Б. Ламарк считал, что влияние внешних условий – одна из главных причин эволюции растений. А. Декандоль в 1855 году в книге «Ботаническая география» описал влияние факторов природной среды на растения и отметил повышенную экологическую пластичность растений по сравнению с животными.

3. Третий этап – этап формирования экологии растений и экологии животных как наук об адаптациях организмов к среде обитания. Данный этап начался с момента выхода в свет книги Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» в 1859 году и продолжался до 20-х годов XX века. Эволюционное учение Ч. Дарвина явилось мощным толчком для развития экологии на качественно новой основе. В этот период Э. Геккель впервые употребил термин экология в своем труде «Всеобщая морфология организмов», который вышел в 1866 году, а в 1868 году в книге «Натуралистическая теория мирообразования» он дал определение сущности новой науки. Однако этот термин прижился только к концу XIX века. Во

14

второй половине XIX века экологические исследования в основном касались влияния климатических факторов на растительные и животные организмы. В 1877 году немецкий гидробиолог К. Мебиус ввел понятие «биоценоз» («природное сообщество»). Учение о растительных сообществах в дальнейшем обособилось в отдельную науку фитоценологию. Большую роль в ее развитии сыграли С. И. Коржинский, Г. Ф. Морозов, В. Н. Сукачев, Т. А. Работнов и другие ученые. В 1910 году на III Международном ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений разделилась на аутэкологию и синэкологию. Такое разделение в дальнейшем распространилось на экологию животных и общую экологию. Этому способствовали появившиеся новые научные труды Ч. Адамса, В. Шелфорда, С. А. Зернова и других. В 1913 – 1920 годы были созданы научные экологические сообщества, основаны экологические журналы, экологию начали преподавать в университетах.

4.Четвертый этап – этап становления экологии, являющейся теоретической базой охраны природы. Продолжался этот этап с 20-х по 60-е годы ХХ века.

Четвертый этап знаменателен тем, что темпы развития экологии существенно ускорились и она сформировалась как общебиологическая наука. Этому способствовало появление и развитие новых научных направлений. В 1923 – 1927 годы В. И. Вернадский создал учение о биосфере как глобальной биологической системе планеты Земля. В 1930 – 1940 годы как самостоятельное направление обособилась экология популяций – демэкология. Основателем ее считается Ч. Элтон. Наряду с ним в ее развитие большой вклад внесли ученые С. С. Шварц, Н. П. Наумов, Д. Н. Кашкарев, В. В. Догель, В. Н. Беклемишев. В 40-е годы ХХ века в экологии возник новый принцип исследования природных сообществ в их взаимосвязи со средой обитания. В связи с этим в 1935 году английский ученый А. Тенсли ввел термин «экосистема», а в 1942 году советский ученый В. Н. Сукачев ввел термин «биогеоценоз». С развитием экосистемной и популяционной экологии начали использоваться количественные методы анализа, которые превратили экологию в точную науку, способную давать объективную оценку состояния природных систем и на ее основании правильно планировать природоохранные мероприятия.

5.Пятый этап – этап развития глобальной экологии с выделением в

еерамках антропоэкологии (экологии человека). Начался данный этап с 60-х годов XX века и продолжается в настоящее время.

Экология начала развиваться такими мощными темпами, что начала проникать во все сферы человеческого знания, и на границе экологии и других наук начали возникать пограничные науки, такие как экологическая биохимия, экологическая физиология, математическая экология, промышленная экология, сельскохозяйственная экология, медицинская экология, инженерная экология, экономическая экология, социальная экология, правовая экология и другие.

15

2 Экология как наука, ее содержание. Предмет исследования и основные задачи экологии. Место экологии среди других наук

Первым трудом по экологии следует считать работу Ч. Дарвина (1859 г.) «Происхождение видов путем естественного отбора или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь». Он рассматривал «борьбу за существование» в природе, под которой понимал все формы противоречивых связей со средой, и показал, что данный процесс приводит к «естественному отбору». Там же было отмечено, что взаимоотношения живых существ и их связи с неорганическими компонентами среды составляют самостоятельную значительную область научных исследований.

В1866 году немецким зоологом Э. Геккелем (1834 – 1919 гг.) предлагается термин «экология», который дал следующее определение: познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая непременно неантагонистические и антагонистические взаимоотношения растений и животных, контактирующих друг с другом («Всеобщая морфология организмов», 1866 г.). Или в более короткой формулировке: наука об экономии, образе жизни, о внешних жизненных отношениях организмов друг с другом («Естественная история миротворения», 1868 г.).

Термин «экология» образован от двух греческих слов oikos – дом, жилище и logos – наука, знание и означает «наука о местообитании». В дословном переводе – это наука об организмах у себя дома.

Вкачестве самостоятельной науки экология сформировалась к началу

ХХвека, в развитие и становление которой внесли Тимирязев К. А., Докучаев В. В., Вернадский В. И., Вавилов Н. И., Сукачев В. Н., Шварц С. С., Морозов Г. Ф., Яблоков А. В., Реймерс Н. Ф. и другие.

Истинное значение экологии по-настоящему стали осознавать лишь на закате ХХ века, когда возрастание численности населения планеты и резко усилившееся воздействие человека на природную среду, приведшее к деградации, поставили со всей остротой вопрос быть или не быть человеческой цивилизации. Чтобы удовлетворить свои немалые потребности в чистом воздухе, воде и физиологически здоровой пище, человеку надо знать не только как устроена и как функционирует природная среда, но и как сделать ее союзником для себя, сведя в то же время до минимума наносимый ей вред. Эти проблемы как раз и изучает экология.

Экология – наука, изучающая взаимодействие организмов между собой и с окружающей природной средой.

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения экологии – экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область компетенции экологии входит изучение отдельных видов организмов (организменный

16

уровень), их популяций (популяционно-видовой уровень), совокупности популяций – биоценозы (биоценотический уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень).

Как учебный предмет экология делится на четыре основных раздела:

а) аутэкология или факториальная экология (учение об экологических факторах);

б) экология популяций или демэкология; в) экология сообществ и экосистем или биогеоценология;

г) основы учения о биосфере или экология биосферы.

Основной, традиционной частью экологии как биологической науки является общая экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений любых организмов и среды, включая человека как биологическое существо.

С научно-практической точки зрения экология подразделяется на теоретическую и прикладную.

Теоретическая экология изучает общие закономерности организации жизни, поэтому основными задачами экологии в общетеоретическом плане являются:

разработка общей теории устойчивости экосистем;

изучение экологических механизмов адаптации к среде;

исследование регуляции численности популяций;

изучение биоразнообразия и механизмов его поддержания;

исследование продукционных процессов;

исследование процессов, протекающих в биосфере с целью поддержания ее устойчивости;

моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных

процессов.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов.

К области прикладной экологии необходимо отнести следующие задачи:

прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;

улучшение качества окружающей среды;

выработка общих решений, прогнозов и рекомендаций, касающихся путей выхода из глобальных кризисных ситуаций экологического характера;

разработка конкретных управленческих, юридических, технологических и экономических решений, улучшающих экологические параметры развития общества.

17

Исходя из сказанного, прикладную экологию можно разделить на экологию глобальных кризисных проблем и экологию природопользования.

К глобальным кризисным проблемам относятся, например, проблемы парникового эффекта и озонового слоя Земли. Экологию природопользования составляют промышленная, сельскохозяйственная, промысловая, математическая, космическая экология, экология быта и т.д.

Из строгой биологической науки экология превращается в значительный цикл знаний, вобрав в себя разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры и экономики.

Экология как наука основана на разных отраслях биологии (физиология, генетика, биофизика), связана с другими науками (физика, химия, математика, география, геология), использует их методы и термины. В связи с этим появились в последние годы понятия «географическая экология», «химическая экология», «математическая экология», «космическая экология», и «экология человека». Взаимоотношениями человека и машины в условиях промышленных предприятий занимается охрана труда.

Взаимоотношения общества и природы на современном этапе складываются таким образом, что растущее потребление природных ресурсов постепенно ведет к их истощению и одновременно к увеличению поступления отходов производства и жизнедеятельности человека в окружающую среду. В то же время ухудшение экологической обстановки ведет к повышению расходов и проведение природовосстановительных мероприятий.

Основной задачей сегодняшнего дня является оптимизация взаимодействия общества и природы на основе повышения эффективности использования природных ресурсов в хозяйственной деятельности человека.

3 Среда обитания и условия существования

Разные организмы, даже совместно обитающие, используют различную пищу, выделяют в среду специфические продукты жизнедеятельности, имеют свои особенности газообмена, водообмена, солеобмена, строят свои жилища из разного материала. Это значит, что каждое животное или растение по-своему использует окружающие его вещества, по-разному взаимодействует с другими организмами, живущими на этой территории или водоеме.

Один и тот же элемент среды для двух рядом живущих организмов может иметь совершенно разное значение. Например, ветер как элемент наземной среды, имеет первостепенное значение для ветроопыляемых растений (пшеница, овес, береза) и почти безразличен для растений, опыляемых насекомыми (яблоня, вишня, многие цветы). Или другой пример

– влажность воздуха показатель, который имеет совершенно разную

18

значимость для земноводных и млекопитающих, обитающих в одной и той же местности (лягушка и еж). Другими словами, в среде обитания любого организма всегда есть элементы, от которых зависит возможность существования организма, т. е. очень важные, и есть компоненты среды, для данного организма безразличные.

Среда обитания – это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие. Например, заяц-беляк (Lepus timidus) в лесу вступает в определенные взаимоотношения с пищей, водой, химическими соединениями, кислородом, без которых он обойтись не может, в то время как ствол дерева, пень, кочка, валун на его жизнь не оказывают существенного влияния. Заяц вступает с ними во временные связи (укрытие от врага, непогоды), но не обязательные связи.

На планете организмы освоили четыре среды обитания, которые сильно отличаются по специфике условий. Водная среда была первой средой, в которой зародилась жизнь. В последующем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, затем создали и заселили почву. Четвертой средой жизни стали сами живые организмы, каждый из которых представляет целый мир для населяющих его паразитов и симбионтов. Среды обитания могут быть разнообразными, и соответственно у обитателей в ходе эволюции вырабатываются различные приспособления – адаптации.

Кроме понятия «среда обитания», в экологии сложились понятие об условиях существования организмов.

Условия существования – это совокупность необходимых для организма элементов среды, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может. Отсутствие хотя бы одного из этих факторов приводит к гибели организма.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Способность к адаптациям – одно из основных свойств жизни вообще, обеспечивающее возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться. Адаптации проявляются на разных уровнях – от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем. Все приспособления организмов к существованию в различных условиях выработались исторически. В результате сформировались специфические для каждой географической зоны группировки растений и животных.

19

4 Экологические факторы и их классификация

Экологический фактор – это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное влияние на живой организм хотя бы на протяжении одной из фаз его индивидуального развития. В свою очередь, организм реагирует на экологический фактор специфическими приспособительными реакциями, т. е. адаптируясь к ним.

Условно все факторы среды делят на три группы: абиотические, биотические, антропогенные.

Абиотические факторы – это все свойства неживой природы, прямо или косвенно влияющие на живые организмы. Они подразделяются на четыре подгруппы:

а) климатические факторы – это все факторы, которые формируют климат и способны влиять на жизнь организмов (свет, температура, влажность, атмосферное давление, скорость ветра и т. д.);

б) эдафические (почвенные) факторы – это свойства почвы, которые оказывают влияние на жизнь организмов; они делятся на физические (механический состав, комковатость (удельный вес комочков в почве (%), имеющих размер более одного миллиметра), капиллярность (физическое явление, заключающееся в способности жидкостей изменять уровень в трубках, узких каналах произвольной формы, пористых телах; по мельчайшим сосудам влага поднимается к поверхности почвы, если хотят уменьшить испарение влаги из почвы, то ее рыхлят, разрушая капилляры, с целью увеличения притока влаги из глубины почву укатывают, увеличивая количество капиллярных каналов), скважность (или пористость или порозность – суммарный объем всех пор, выраженный в % от общего объема почвы), воздухо- и влагопроницаемость, воздухо- и влагоемкость, плотность, цвет и т. д.) и химические (кислотность, минеральный состав, содержание гумуса) свойства почвы;

в) орографические факторы (факторы рельефа) – это влияние характера и специфики рельефа на жизнь организмов (высота местности над уровнем моря, широта местности по отношению к экватору, крутизна местности – это угол наклона местности к горизонту, экспозиция местности – это положение местности по отношению к сторонам света);

г) гидрофизические факторы – это влияние воды во всех состояниях (жидкое, твердое, газообразное) и физических факторов среды (шум, вибрация, гравитация, магнитное, электромагнитное и ионизирующее излучения) на жизнь организмов.

Биотические факторы – это факторы живой природы. Они носят самый разнообразный характер и действуют не только непосредственно, но и косвенно через окружающую неорганическую природу. В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы:

а) внутривидовые факторы – это влияние особей этого же вида на организм (зайца на зайца, сосны на сосну и т. д.);

20