22

ОДЕСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ПОЛІТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЇ ЕКОЛОГІЇ ТА ГІДРОГАЗОДИНАМІКИ

М Е Т О Д И Ч Н І В К А З І В К И

для підготовки контрольної роботи

студентами –заочниками з дисципліни

,, Основи екології"

Одеса 2013

Методичні вказівки з курсу ,,Основи екології" для студентів заочної форми навчання.

Упорядник: Нарійчук Ф.Д.- проф. кафедри прикладної екології та

гідрогазодинаміки

,,Затверджено"

На засіданні кафедри

прикладної екології та гідрогазодинаміки

Протокол № , від

,,Ухвалено"

В С Т У П

В усі часи становлення цивілізації людина знаходилася в центрі подій , які розгорталися навколо неї. У ході розвитку людської спільноти брунькувалися різні напрямки її діяльності і для цього потрібне було наукове обґрунтування природних явищ . Наукова думка в різних галузях людської діяльності сягала свого розквіту завдяки більш досконалому вивченню навколишньої природи і її законів. З розвитком цивілізації виникали нові наукові дисципліни : еволюційне вчення , генетика , космологія та ін. Та вже в середині ХХ ст. стало зрозуміло , що ідея розвитку сама по собі недостатня для адекватного розуміння світу. До неї приєдналася ще одна - ідея взаємозв’язку та взаємозумовленості структур і явищ природи. Саме з цим періодом пов’язане становлення та формування сучасної екології.

Вперше термін ,,екологія" був запропонований німецьким природодослідником Е. Геккелем у 1866 р. У дослівному перекладі ( oikos - з грецької дім ) , можна сказати , що екологія - це наука про ,,дім" , тобто природу , що оточує нас.

Вона вивчає умови існування живих організмів , їхній взаємозв’язок та їх взаємодію з довкіллям. Екологія - наука про взаємовідносини живих організмів та їх угрупувань між собою та довкіллям. Але наприкінці ХХ ст. зміст екології став дещо ширшим , її місце в системі наук значно змінилося. Хоча екологія виникла як суто біологічна наука , але в наш час вона трансформувалася і стала наукою про структуру та функцію природи в цілому , наукою про біосферу, наукою , що вивчає місце людини на нашій планеті , наукою про взаємозв’язок всього живого на планеті. В 70- 80 роках американський вчений Одум одним з перших почав розглядати екологію не як вузьку біологічну науку , а як міждисциплінарну науку , що досліджує багатокомпонентні та багаторівневі складні системи у природі та суспільстві .Ця якісна зміна в розумінні екології вимагала озброєння її новими методами та зробила високо актуальною для вирішення соціальних і економічних проблем людства. Варто звернути увагу , що сфера дії екології припиняється там , де закінчується біологічна форма руху матерії. У соціальній сфері головним об’єктом є людина , що виконує функцію її конструктора. Тому екологія належить до групи біологічних наук та не володіє концептуальним і методичним апаратом дослідження соціальних явищ. Як міждисциплінарна наука екологія взяла на озброєння всі методи теорії систем і у зв’язку з цим опинилася на перехресті біологічних та гуманітарних наук. При цьому екологія залишилася точною біологічною наукою в тому розумінні , що вона досліджує живі об’єкти та їх сукупність , але вона також стала й гуманітарною наукою , тому що визначає місце людини в природі , формує її світогляд та сприяє оптимізації розвитку соціальних та виробничих процесів. Не буде перебільшенням стверджувати , що екологія ,,існувала завжди". Первісна людина померла б з голоду без необхідних знань про поведінку й особливості дичини , якби не мала отриманого від предків і набутого самостійно досвіду ,, взаємовідносин з довкіллям".

Сучасна екологія структурована і по суті розділена на чотири взаємопов’язані , але завершені і до певної міри самостійні розділи , що логічно виходить з одного цілого. Перш за все це 1) факторіальна екологія , або аутекологія, що вивчає фактори середовища та їх вплив на живі організми; 2) демекологія , що вивчає популяції та їх взаємозв’язок між собою і довкіллям; 3) синекологія , що розглядає закономірності співіснування організмів , їх угрупувань у зв‘язку одне з одним й умовами існування; 4) соціальна екологія , що вивчає взаємодію людини та біосфери й місце людського суспільства у природі.

Запропоновані методичні вказівки розраховані надати допомогу студентам заочної форми навчання в підготовці контрольної роботи з дисципліни ,,Основи екології" . Для допомоги у засвоєнні основних завдань екології , а також оперативного використання і систематизації засвоєного матеріалу у вказівках приведені коментарі до основних законів , принципів і правил функціонування та розвитку екосистем , які діють у системі ,,людина - природа" ( за Н. Реймерсом, 1990) і їх узгодженість антропогенній діяльності.

Для допомоги студентам у виконанні контрольної роботи у вказівках приводиться орієнтований план для самостійного опрацювання найбільш актуальних питань.

При підготовці контрольної роботи студент керується принципом підготовки роботи за індивідуальним шифром , правила користування яким приведені у вказівках . Відповіді на питання шифру повинні бути лаконічними , але вичерпними і відображати суть проблеми.

Контрольна робота реєструється методистом кафедри за два тижні до початку залікової сесії після чого передається викладачеві , який читає курс.

Основні екологічні закони , постулати, принципи і правила функціонування та розвитку екосистем.

Закон біогенної міграції атомів ( за В.І. Вернадським)- міграція хімічних елементів на земній поверхні і в біосфері в цілому здійснюється або за безпосередньої участі живої речовини (біогенна міграція) або ж відбувається в середовищі, геохімічні особливості якого ( О_2, СО₂, Н₂ та ін.) обумовлені живою речовиною, як такої , що в даний час заповнює біосферу, так і тієї , яка діяла на Землі впродовж усієї геологічної історії.

Закон внутрішньої динамічної рівноваги – речовина , енергія, інформація, динамічні якості окремих природних систем та їх ієрархії взаємопов’язані настільки , що будь-яка зміна одного з цих показників викликає супутні функціонально-структурні кількісні та якісні зміни , які зберігають загальну суму речовинно-енергетичних , інформаційних і динамічних якостей системи там, де ці зміни відбуваються в їх ієрархії. Тобто будь яка зміна середовища обов’язково спричинить розвиток ланцюгових реакцій , які йтимуть убік нейтралізації проведеної зміни або формування нових природних систем , утворення яких при значних змінах середовища може набути незворотного характеру. Цей закон є одним із наріжних положень у природокористуванні.

Закон ,,все або нічого" ( Б. Хуоліча) – підпорогові подразнення не викликають нервового імпульсу ( ,,нічого") в збуджених тканинах , а порогові стимули або сумування підпорогових створюють умови для формування максимальної відповіді ( ,,все").

Закон максимуму біогенної енергії ( В.І. Вернадського – Е.С. Багера) – будь-яка біологічна система або система з участю живого , знаходячись у стані ,,стійкої нерівноваги» , тобто динамічної рухомої рівноваги з навколишнім середовищем і еволюційно розвиваючись , посилює свій вплив на середовище.

Закон відіграє велику роль у розумінні біосферно-екосистемних процесів , даючи разом з іншими фундаментальними положеннями основу для розробки стратегії природокористування, формування раціональної екополітики.

Закон мінімуму ( Ю. Лібіха )- витривалість організму визначається найслабкішою ланкою в ланцюгу його екологічних вимог, тобто життєві можливості лімітують екологічні фактори , кількість і якість яких близькі до мінімального рівня, необхідного організмові чи екосистемі; подальше їх зниження приводить до загибелі організму чи деструкції екосистеми.

З’ясування слабкої ланки ланцюга дуже важливе в екологічному прогнозуванні, плануванні та експертизі проектів. Правило взаємодії факторів дозволяє раціонально виконувати заміну дефіцитних речовин і впливів на менш дефіцитні , що важливо в процесах експлуатації природних ресурсів.

Закон незалежності факторів ( В. Р. Вільямса) – умови життя рівнозначні, але жоден із факторів життя не може бути замінений іншим.

Закон збіднення різнорідної живої речовини в острівних її згущеннях ( Г.Ф. Хільмі) – індивідуальна система , яка працює в середовищі з рівнем організації більш низьким , ніж рівень самої системи , приречена: постійно втрачаючи свою структуру , система через деякий час розчиниться в навколишньому середовищі.

Відповідно до цього закону , для охорони рідкісних і зникаючих видів як частин живої речовини в межах природно-заповідних територій , які знаходяться серед порушеної людиною природи , необхідна достатньо велика територія. Це необхідно враховувати при створенні заповідників і заказників.

Закон піраміди енергій ( Р. Ліндемана ) – енергіЇ переходить з одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший її рівень у середньому не більше 10%.

Даний закон дозволяє робити розрахунки необхідної земельної площі для забезпечення населення продовольством та ін.

Закон розвитку природної системи за рахунок довкілля – будь- яка природна система може розвиватися за рахунок матеріально-енергетичних і інформаційних можливостей навколишнього середовища.

Із цього закону випливає , що повністю безвідходне виробництво неможливе, можна розраховувати тільки на маловідходне. Першим етапом розвитку технологій повинна бути мала їх ресурсоємність ( як на вході , так і на виході- економність і незначні викиди) , другим етапом буде створення циклічності виробництва ( відходи одних можуть бути сировиною для інших) і третім – організація розумного депонування (поховання) неминучих залишків і нейтралізація енергетичних відходів. Уявлення про те, що біосфера працює за принципом безвідходності – помилкове , бо в ній завжди накопичуються вибулі з біологічного кругообігу речовини, які формують осадочні породи.

Закон зниження енергетичної ефективності природокористування – з плином історичного часу на видобуток з природних систем корисної продукції на її одиницю в середньому витрачається все більше енергії . Збільшуються й енергетичні витрати на одну людину.

Закон фізико-хімічної єдності живої речовини ( В.І. Вернадського) – уся жива речовина Землі – фізико-хімічне єдине.

З цього закону випливає наслідок : шкідливе для однієї частини живої речовини не може бути нейтральним для іншої її частини, або : шкідливе для одних істот шкідливе і для інших.

Закон бумеранга – все , що вилучено з біосфери людською працею , має бути повернене їй.

Закон незамінності біосфери – біосферу не можна замінити штучним середовищем , як , скажімо, не можна створити нових видів життя. Людина не може побудувати вічний двигун , у той час як біосфера і є практично ,,вічним» двигуном .

Закон ,,шангренової шкіри" – глобальний вихідний природно-ресурсний потенціал у ході історичного розвитку безперервно виснажується . Це випливає з того , що ніяких принципово нових ресурсів , які могли б з’явитися в теперішній час , немає. Людина користується всім тим , що вже є в природі.

Закон зниження природної родючості – через постійне вилучення врожаю відбувається зниження природної родючості ґрунтів.

Закон відносної незалежності адаптації: висока адаптивність до одного з екологічних факторів не дає такого ж ступеня пристосованості до інших умов життя( навпаки , вона може обмежувати ці можливості внаслідок фізіолого-морфологічних особливостей організмів). Цей закон необхідно враховувати при антропогенних змінах середовища існування живих організмів.

Правило Дарлінгтона – зменшення площі острова в 10 разів скорочує кількість видів , що живуть на ньому , удвічі. Це необхідно враховувати при визначенні площі заповідника чи іншої природно - заповідної території.

Правило 10% - середньо максимальний перехід з одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший супроводжується втратою 10% ( від 7 до 17% ) енергії ( або речовини в енергетичному вираженні ) , що , як правило, не приводить до наслідків , несприятливих для екосистеми, яка втрачає енергію.

Використання цього закону дозволяє визначити можливий і безпечний обсяг промислу тварин.

Правило обов’язковості заповнення екологічних ніш – порожня екологічна ніша в природі завжди заповнюється . Це правило необхідно враховувати при акліматизації, знищенні шкідливих видів організмів, повному викоріненні деяких небезпечних хвороб і т.п.

Правило більш високих шансів на вимирання для глибоко спеціалізованих форм ( О. Марша ) – швидше вимирають більш спеціалізовані форми , генетичні резерви яких для подальшої адаптації знижені. Значну роль у вимиранні таких форм може відіграти антропогенний фактор.

Правило біологічного підсилення : при переході на більш високий рівень екологічної піраміди накопичення речовин , у тому числі токсичних і радіоактивних , збільшується приблизно в такій же пропорції.

Правило оптимальної компонентної додатковості – ніяка екосистема не може самостійно існувати при штучно створеному надлишку або нестачі одного з екологічних компонентів. наприклад, вичерпання енергетичних можливостей приводило цивілізацію до краху.

Правило соціально-екологічного заміщення – потреби людини в деяких життєвих благах можуть бути до певної міри і на певний короткий період заміщені більш повним задоволенням інших , функціонально близьких потреб. Це правило є прямим логічним наслідком закону мінімуму Ю. Лібіха.

Принцип катастрофічного поштовху – глобальна природна або природно-антропогенна катастрофа завжди приводить до істотних еволюційних змін, які є відносно прогресивними для природи , але не обов’язково корисні для виду чи іншої систематичної категорії , у тому числі для господарства людини і життя людини . У наш час є досить ймовірною поява нових форм захворювань у результаті швидкого антропогенного збіднення біоти планети.

Принцип видового збіднення (заміщення) – основні закономірності , які автоматично здійснюються в ході порушення видового різноманіття всередині екосистем. Дані принципи слід ураховувати при проведенні заходів по знищенню шкідливих видів організмів і хвороб та при акліматизаційних роботах.

Принцип Ле-Шательє – Брауна – при зовнішньому впливі , який виводить систему зі стану стійкої рівноваги , ця рівновага зміщується в напрямі послаблення ефекту зовнішнього впливу. Цей принцип у рамках біосфери порушується людиною . Якщо в наприкінці ХІХ століття відбувалося збільшення біологічної продуктивності та біомаси у відповідь на збільшення концентрації вуглекислого газу в атмосфері , то у ХХ столітті все стало навпаки.

На початку 70-х років минулого століття американський вчений Баррі Коммонер сформулював чотири закони . Вони звучать просто і доступно , не як традиційні закони, але для їх реалізації необхідна нова , не екофобна , а екофільна свідомість , і спільні дії як окремих соціальних груп людей , так і цілих держав. Ось ці закони:

1. Усе пов’язане з усім – закон про біосферу і екосистеми.

2. Усе повинно кудись дітися – закон господарської діяльності людини, відходи від якої неминучі, тому треба думати про зменшення відходів та вилучення їх з біосферних циклів речовин.

3. Ніщо не дається задарма – загальний закон раціонального природокористування: платити треба енергією за додаткове очищення відходів, добривами – за підвищення врожаю , санаторіями і ліками - за погіршення здоров’я людини.

4. Природа знає краще – найбільш важливий закон природокористування. Він означає , що не можна намагатися підкорити природу, а треба співпрацювати з нею, використовуючи біологічні механізми і для очищення стоків, і для рекультивації ґрунту.

Один з основоположників наукового напряму біогеохімії , яке лягло в основу сучасного вчення про біосферу , В. І. Вернадський сформулював п’ять постулатів , які відносяться до функції біосфери :

1. ,,З самого початку біосфери життя, яке в неї входить, повинно було бути вже складним тілом , а не однорідною речовиною, оскільки пов’язані з життям її біогеохімічні функції за різноманіттям і складністю не можуть бути лише частиною якої-небудь однієї форми життя". Іншими словами , первинна біосфера початково відрізнялася багатим функціональним різноманіттям.

2. ,,Організми проявляються не поодинці , а в масовому ефекті … Перший прояв життя… повинен був відбутися не у вигляді з’явлення одного якого-небудь виду організмів , а їх сукупності , яка відповідає геохімічній функції життя. Повинні були зразу ж з’явитися біоценози".

3. ,,В загальному моноліті життя , як би не змінювалися його складові частини , їх хімічних функцій не могли торкнутися морфологічні зміни". Тобто первинна біосфера була представлена ,,сукупностями" організмів типу біоценозів , які не були головною ,,дієвою силою" геохімічних перетворень. Морфологічні зміни ,,сукупностей" не відображалися на ,,хімічних функціях" цих компонентів.

4. ,,Живі організми … своїм диханням , своїм живленням , своїм метаболізмом … неперервною зміною поколінь … народжують одно з грандіозних планетних явищ… - міграцію хімічних елементів в біосфері" , тому ,,впродовж плину мільйонів років ми бачимо утворення тих же мінералів , в усі часи йшли ті ж цикли хімічних елементів , які ми бачимо і зараз".

5. ,,Всі без виключення функції живої речовини в біосфері можуть бути виконані найпростішими одноклітинними організмами ".

Розробляючи вчення про біосферу , В.І. Вернадський прийшов до висновку , що головним трансформатором космічної енергії є зелений пігмент рослин – хлорофіл . Тільки він і деякі інші пігменти здатні поглинати енергію сонячного випромінювання і синтезувати органічні сполуки.