Курочкина Экология.Краткий курс

Т. Н. Курочкина

ЭКОЛОГИЯ. КРАТКИЙ КУРС

Рекомендовано Методическим Советом Рыбинского государственного авиационного технического университета имени П. А. Соловьева в качестве учебного пособия

Рыбинск 2013

УДК 574(075.8)

Курочкина Т. Н. Экология. Краткий курс: Учебное пособие. – Рыбинск: РГАТУ имени П. А. Соловьева, 2013. – 100 с.

Учебное пособие написано в соответствии с требованиями действующего Государственного стандарта к содержанию дисциплины «Экология».

В учебном пособии рассмотрены основные вопросы курса «Экология». Изложены основы общей экологии, учения о биосфере, о предмете экологии – экосистемах, антропогенном воздействии на биосферу, основах рационального природопользования, принципах международного сотрудничества. Дан словарь экологических терминов.

Пособие предназначено для студентов технических специальностей очно-заочной и заочной форм обучения.

РЕЦЕНЗЕНТЫ: кафедра общей химической технологии ГОУ ВПО «Ивановский государственный химико-технологический университет»; начальник отдела по охране окружающей среды

Административного городского округа г. Рыбинска Г. А. Качалова.

ISBN 978-5-88435-482-1		Т. Н. Курочкина, 2013
		РГАТУ имени П. А. Соловьева, 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................................	4
1. ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ..................................................................................................	6
1.1. Структура современной экологии.................................................................................	6
1.2. Уровни организации живой материи............................................................................	7
1.3. Основные критерии вида................................................................................................	9
1.4. Популяция и характерные для неё типы взаимодействий........................................	10
1.5. Биоценоз и характерные для него взаимосвязи.........................................................	13
1.6. Экологическая ниша.....................................................................................................	14
2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ................................................................................................	15
2.1. Определение и классификация экологических факторов.........................................	15
2.2. Основные четыре среды жизни и их харектиристика...............................................	17
2.3. Соответствие междуорганизмами и средой их обитания ........................................	20
2.4. Исторически первые законы экологии, устанавливающие зависимость
организмов от факторов среды............................................................................................	21
2.5. Экологическая валентность..........................................................................................	22
2.6. Адаптация и основные способы приспособления живых организмов к
экстремальным условиям среды..........................................................................................	24
3. ЭКОСИСТЕМА –ОСНОВНАЯ СТРУКТУРНАЯЕДИНИЦА ЭКОЛОГИИ ...................................	25
3.1. Основные типы экосистем и их классификация........................................................	25
3.2. Структура экосистем.....................................................................................................	27
3.3. Распределение солнечной энергии..............................................................................	29
3.4. Трофические цепи и сети в экосистеме. Экологические пирамиды........................	29
3.5. Экологическое равновесие экосистем.........................................................................	32
4. БИОСФЕРА..............................................................................................................................	35
4.1. Биосфера – живая оболочка земли..............................................................................	35
4.2. Круговорот веществ в биосфере..................................................................................	38
4.2.1. Круговорот углерода..........................................................................................................	40
4.2.2. Круговорот азота ................................................................................................................	43
4.2.3. Круговорот фосфора...........................................................................................................	45
4.2.4. Круговорот серы.................................................................................................................	46
4.3. Природные ресурсы биосферы и их рациональное использование.........................	48
4.3.1. Классификация природных ресурсов...............................................................................	48
4.3.2. Рациональное природопользование..................................................................................	49
4.3.3. Земельные ресурсы.............................................................................................................	51
4.3.4. Водные ресурсы..................................................................................................................	53
5. ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ ....................................................................................................	57
5.1. Понятия «загрязнение» и «загрязнитель» в экологии...............................................	57
5.2. Классификация загрязнений........................................................................................	57
5.2. Биологическое воздействие загрязнителей ................................................................	60
5.3. Основные загрязненители и источники загрязнения биосферы...............................	62
6. ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ И КОНТРОЛЬ ЕЁ КАЧЕСТВА............................................	67
6.1. Критерии оценки качества окружающей природной среды....................................	67
6.2. Стандартизация в области охраны оружающей среды .............................................	72
6.3. Мониторинг окружающей среды и его основные виды............................................	73
6.4. Оценка воздействия на окружающую среду и экологическая экспертиза..............	76
7. МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ....	78
7.1. Принципы международного экологического сотрудничества.................................	78
7.2. Объекты международного сотрудничества................................................................	79
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ .................................................................................................................	81
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..............................................................................................	99

3

ВВЕДЕНИЕ

Термин «экология» образован от двух греческих слов (оikos – дом, жилище, местообитание; logos – наука), что означает в буквальном смысле «наука о доме, о местообитании».

Впервые термин «экология» был введен в научное обращение немецким биологом, профессором Венского университета Э. Геккелем в 1866 г. В своем труде «Всеобщая морфология организмов» он писал: «Экология – это познание экономики природы, одновременное исследование взаимоотношений всего живого с органическими и неорганическими компонентами среды, включая антагонистические и неантагонистические отношения животных и растений, контактирующих друг с другом».

Первым трудом по экологии принято считать опубликованную в 1859 г. книгу Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». Именно под влиянием эволюционной теории Ч. Дарвина Э. Геккель пришёл к выводу о необходимости выделения экологии в особую биологическую дисциплину, изучающую взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей средой.

Экологию считают одной из древнейших наук, и в ее развитии С. И. Колесников выделяет следующие этапы становления.

I. Этап зарождения и становления экологии как науки (с глубокой древности до середины ХI в.).

II. Этап формирования экологии в самостоятельную отрасль знаний (с середины ХIХ в. до середины ХХ в.).

III. Этап превращения экологии в междисциплинарную науку (с середины ХХ в. по настоящее время).

В настоящий период развития экология накопила такое количество материала, которое уже не вмещается в рамки единой общей экологии, или биоэкологи экологии в первоначальном смысле, который придал ей автор термина Э. Геккель. Поэтому экология распалась на теоретические дисциплины, вскрывающие общие законы жизни, и прикладные, призванные помочь применить эти законы.

Современная экология охватывает чрезвычайно широкий круг вопросов и тесно переплетается с целым рядом смежных наук, таких как биология, география, физика, химия, медицина, математика, агрономия, философия, социология и многих других.

Проблема взаимодействия общества с окружающей природной средой в настоящее время является настолько актуальной, что от нее зависит

4

будущее человечества. Продолжающиеся ускоренными темпами индустриализация и урбанизация привели к кризисной ситуации, когда встал вопрос об угрозе самому существованию человека. Поэтому необходима экологизация, т. е. учет законов экологии. Экологический подход становится необходимым при решении научных, производственных, технических, демографических и прочих задач.

Проблема охраны природы, её разумного и рационального использования на основе экологических законов важнейшая задача человечества. Невозможно охранять природу, использовать ее богатства, не зная, как она устроена, по каким законам существует и развивается, как реагирует на воздействие человека, какие предельно допустимые нагрузки на природные системы может позволить себе общество, чтобы не разрушить их. Всё это является предметом экологии.

Основная задача современной экологии найти пути управления природными, антропогенными (греч. аnthropos человек, genos род, происхождение) системами, человеческим обществом и биосферой в целом в соответствии с законами природы, а не вопреки им, найти гармонию между экономическими и экологическими интересами человека.

Знание основ экологии необходимо и обществу, и отдельному человеку для того, чтобы разумно организовать свою деятельность. Современная экология – это бурно развивающаяся комплексная наука, представляющая собой разветвлённую систему экологических дисциплин.

5

1.ОСНОВЫ ОБЩЕЙ ЭКОЛОГИИ

1.1.СТРУКТУРА СОВРЕМЕННОЙ ЭКОЛОГИИ

Все экологические науки можно систематизировать либо по объектам изучения, либо по методам, которыми они пользуются.

1. В соответствии с размерами объектов изучения выделяют следующие направления:

–аутоэкология (греч. autos сам) раздел экологии, изучающий взаимоотношения отдельного организма (искусственно изолированный организм) с окружающей средой;

–демэкология (греч. demos народ) изучает популяцию и ее

среду;

–эйдэкология (греч. eidos образ) экология видов;

–синэкология (греч. syn вместе) рассматривает сообщества как целостные системы;

–ландшафтная экология изучает способность организмов существовать в разной географической среде;

–мегаэкология, или глобальная экология наука о биосфере Земли

иположении человека в ней.

2. В соответствии с отношением к объекту изучения выделяют следующие разделы экологии:

–экология микроорганизмов;

–экология грибов;

–экология растений;

–экология животных;

–экология социальная рассматривает взаимодействие человека и человеческого общества с окружающей средой;

–экология человека включает изучение взаимодействия человеческого общества с природой, экологию человеческой личности и экологию человеческих популяций, в том числе учение об этносах;

–экология промышленная, или инженерная рассматривает взаимное влияние промышленности и транспорта на природу;

–сельскохозяйственная экология изучает способы получения сельскохозяйственной продукции без истощения природных ресурсов;

–медицинская экология изучает болезни человека, связанные с загрязнением среды и способы, их предупреждения и лечения.

6

3. В соответствии со средами и компонентами выделяют следующие дисциплины:

–экология суши;

–экология морей;

–экология рек;

–экология пустынь;

–лесная экология изучает способы использования ресурсов лесов при их постоянном восстановлении;

–экология высокогорья;

–урбаноэкология (лат. urbanus городской) экология градостроения.

4. В соответствии с используемыми методами выделяют следующие прикладные экологические науки:

–математическая экология создает математические модели с целью прогнозирования состояния и поведения популяций и сообществ при изменении экологических условий;

–химическая экология разрабатывает методы анализа загрязнителей и способы уменьшения вреда от химических загрязнений;

–экономическая экология создает экономические механизмы рационального природопользования;

–юридическая экология нацелена на разработку системы природоохранных законов.

1.2. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ

Для того чтобы получить целостное представление об экологии, понять роль, которую она играет среди наук, изучающих живые организмы, необходимо ознакомиться с концепцией об уровнях организации живой материи и иерархией биологических систем (рис. 1).

Биосистемы – это системы, в которых биотические компоненты (все живые организмы) разных уровней организации упорядоченно взаимодействуют с окружающей биотической средой, т. е. абиотическими компонентами (энергией и веществом).

7

Рис. 1. Иерархия уровней организации живой материи

Уровни организации живой материи:

1 уровень – молекулярный. На нем проявляются такие процессы, как обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации;

2 уровень – клеточный. Клетка является основной структурной и функциональной единицей всего живого на планете Земля;

3 уровень – организменный. Организм (лат. organizo устраиваю, придаю стройный вид) употребляется как в узком смысле (особь, индивидуум, «живое существо»), так и в широком, самом общем смысле сложно организованное единое целое. Это реальный носитель жизни, характеризующийся всеми ее признаками;

4 уровень – популяционно-видовой. Популяция (лат. рорulus народ), по определению академика С. С. Шварца, – это элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности необозримо длительное время в постоянно изменяющихся условиях. Термин «популяция» ввел В. Иогазен в 1903 г. Популяция является конкретной формой существования вида в природе. Биологический вид это совокупность особей, обладающих общими признаками, способных свободно скрещиваться между собой и давать плодовитое потомство, занимающих определённый ареал (лат. area площадь, пространство) и отграниченных от других видов нескрещиваемостью в природных условиях. Представление о видах как об основной структурной и классификационной единице в системе живых организмов было введено К. Линнеем, опубликовавшим в 1735 г. свой труд «Системы природы»;

8

5 уровень – биоценотический. Биоценоз (греч. bios жизнь, koinos общий) совокупность организмов разных видов и различной сложности организации со всеми факторами конкретной среды обитания. Термин «биоценоз» предложил К. Мёбиус в 1877 г. Местообитание биоценоза называется биотопом. Биотоп (греч. bios жизнь, topos место) это пространство с однородными условиями (рельефа, климата), заселённое определённым биоценозом. Любой биоценоз неразрывно связан с биотопом, образуя вместе с ним устойчивую биологическую макросистему еще более высокого ранга биогеоценоз. Термин «биогеоценоз» предложил в 1940 г. В. Н. Сукачёв. По В. Н. Сукачёву биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений: атмосферы, горной породы, гидрологических условий, растительности, животного мира, микроорганизмов и почвы. Таким образом, понятие биоценоза применяется для обозначения только наземных экосистем, границы которых определяются границами фитоценоза (растительности). Биогеоценоз – это частный случай крупной экосистемы;

6 уровень – биосферный. Биосфера (грeч. bios жизнь, spharia шар) глобальная экосистема всего земного шара, оболочка Земли, состоящая из совокупности всех живых организмов (биота), веществ, их составляющих и среды их обитания. Биосфера это область распространения жизни на Земле, включающая в себя нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Э. Зюсс в 1873 г. Основные положения учения о биосфере опубликованы В. И. Вернадским в 1926 г. В своем труде, который так и называется «Биосфера», В. И. Вернадский развивает идею эволюции поверхности земного шара как целостного процесса взаимодействия неживой, или «косной», материи с живым веществом.

1.3. ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ ВИДА

Общее число биологических видов на Земле по разным оценкам составляет от 1,5 до 3 млн. К настоящему времени описало около 0,5 млн видов растений и примерно 1,5 млн видов животных. Человек один из известных сегодня биологических видов на Земле.

Эволюционную устойчивость вида обеспечивает существование внутри вида генетически разнообразных популяций. Виды отличаются друг от друга многими признаками.

9

Критерии вида это характерные для вида признаки и свойства. Различают морфологический, генетический, физиологический, географический и экологический критерии вида. Для установления принадлежности особей к одному виду недостаточно использовать какой-либо один критерий. Только применение совокупности критериев с взаимным подтверждением различных признаков и свойств особей в их совокупности характеризует вид.

Морфологический критерий основан на сходстве внешнего и внутреннего строения особей одного вида. Но особи в пределах вида иногда настолько изменчивы, что только по морфологическому критерию не всегда удастся определить вид. Кроме того, существуют виды, морфологически сходные, однако особи таких видов не скрещиваются между собой это виды-двойники.

Генетические критерий это характерный для каждого вида набор хромосом, строго определенное их число, размеры и форма. Он является главным признаком вида. Особи разных видов, имеющие разные наборы хромосом, не могут скрещиваться между собой. Однако в природе встречаются случаи, когда скрещиваются между собой и дают плодовитое потомство особи разных видов.

Физиологический критерий это сходство всех процессов жизнедеятельности у особей одного вида, прежде всего сходство процессов размножения.

Географический критерий это определенный ареал (территория, акватория), занимаемый видом в природе.

Экологический критерий это совокупность факторов внешней среды, в которой существует вид.

1.4. ПОПУЛЯЦИЯ И ХАРАКТЕРНЫЕ ДЛЯ НЕЁ ТИПЫ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

Вжизни любого живого существа большую роль играют отношения

спредставителями собственного вида. Эти отношения осуществляются в популяциях.

Различают следующие разновидности популяций.

Элементарная (локальная) популяция это группа особей одного вида, занимающих какой-то небольшой участок однородной по условиям обитания площади.

10