Экология как наука.
Люди, которые гуляют, играют или живут рядом с главными дорогами, имеют более высокий риск возникновения проблем со здоровьем, особенно во время периодов ежедневных поездок на работу и обратно. Это особенно актуально для развития астмы. Большой объем данных подтвердил, что загрязнители в выбросах автотранспорта способствуют развитию детской астмы, по крайней мере, среди генетически предрасположенных детей.
[1] Основы общей экологии. Воронков Н.А. 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Агар, 1999. Экологический мониторинг (мониторинг окружающей среды) — это комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов. Главная цель экологического мониторинга состоит в обеспечении системы управления экологической безопасности современной и достоверной информацией. Основными задачами экологического мониторинга являются наблюдение за источниками и факторами антропогенного воздействия, за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами, оценка фактического состояния природной среды, прогноз ее динамики и состояния в будущем. Мониторинг является многоуровневой системой. Выделяют системы (или подсистемы) детального, локального, регионального, национального и глобального уровней. Уровень детального мониторинга реализуется в пределах небольших территорий (участков) и т.д. Локальный мониторинг предназначен обеспечить оценку изменений системы на большей площади: территории города, района. Системы регионального мониторинга охватывают территории регионов в пределах края или области, или в пределах нескольких из них. Системы регионального мониторинга могут объединяться в пределах одного государства в единую национальную (или государственную) сеть мониторинга, образуя, таким образом, национальный уровень) системы мониторинга. Примером такой системы являлась "Единая государственная система экологического мониторинга Российской Федерации" (ЕГСЭМ), созданная для адекватного решения задач управления территориями. В рамках экологической программы ООН поставлена задача объединения национальных систем мониторинга в единую межгосударственную сеть - «Глобальную систему мониторинга окружающей среды» (ГСМОС). Это высший глобальный уровень организации системы экологического мониторинга. Ее назначение - осуществление мониторинга за изменениями в окружающей среде на Земле и ее ресурсами в целом, в глобальном масштабе. Такая система призвана решать общечеловеческие экологические проблемы в рамках всей Земли, такие как глобальное потепление климата, проблема сохранения озонового слоя, прогноз землетрясений, сохранение лесов, глобальное опустынивание и эрозия почв, наводнения, запасы пищевых и энергетических ресурсов и др.
3. Закон оптимума. Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей. Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы (рис. 1). Результат действия переменного фактора зависит прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.
Лимитирующие факторы – называют такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или избытка по сравнению с потребностью(оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами. Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине 19 века. Он установил закон минимума: урожай зависит от фактора, находящегося в минимуме.
7. Поверхностные слои почв легко загрязняются. Большие концентрации в почве различных химических соединений – токсикантов пагубно влияют на жизнедеятельность почвенных организмов. Почва теряет способность к самоочищению от болезнетворных и других нежелательных микроорганизмов, что чревато тяжелыми последствиями для человека, растительного и животного мира. Основные загрязнители почвы: 1) пестициды (ядохимикаты); миниральные удобрения; 3) отходы и отбросы производства; 4) газо-дымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; 5) нефть и нефтепродукты. Пестициды вызывают глубокое изменение всей экосистемы, действуя на все живые организмы. В результате наблюдается интоксикация огромного числа других биологических видов (полезных насекомых, птиц) вплоть до их исчезновения. Также загрязнение почв пестицидами вызывает не только интоксикацию человека и большого числа видов животных, но и ведет к существенному нарушению воспроизводящих функций. Неумеренное потребление минеральных удобрений вызывает подкисление почв, снижение кислорода в почве, выделение в атмосферу двух «парниковых» газов – закиси азота и метана. Также из-за газо-дымовых выбросов почва накапливает опасные для здоровья человека загрязняющие вещества, например тяжелые металлы. Значительное количество свинца содержат почвы, находящиеся в непосредственной близости от автомобильных дорог, что приводит к разрушению костных тканей, нарушению нервной системы у человека. Загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в результате аварий и технологических выбросов приводит к концентрации нефтяных углеводородов в почвах.
Отметим признаки, присущие глобальным проблемам: – глобальные проблемы проявления; – острота проявления; – комплексный характер; – общечеловеческая сущность; – особенность предопределять ход дальнейшей истории человечества; – возможность их решения усилиями всего мирового сообщества.
1. Глобальные проблемы человечества. Факторами, способствующими появлению и обострению глобальных проблем, явились: · резкое увеличение расходования природных ресурсов; · отрицательное антропогенное воздействие на природную среду, ухудшение экологических условий жизни людей; · усиление неравномерности в уровнях социально-экономического развития, между промышленно развитыми и развивающимися странами; · создание оружия массового уничтожения. Основной проблемой является невозможность планеты справиться с отходами человеческой деятельности, с функцией самоочищения и ремонта. Разрушается биосфера. Поэтому велик риск самоуничтожения человечества в результате собственной жизнедеятельности. Современная ситуация на планете характеризуется резким ухудшением качества окружающей среды – загрязнение воздуха, рек, озер, морей, объединением и даже полным исчезновением многих видов животного и растительного мира, деградацией почв, опустыниванием и др. Истощение озонового слоя представляет гораздо более опасную реальность для всего живого на Земле, Острота социально-экологической ситуации в развивающихся странах привела к появлению феномена «третьего мира». Он характеризуется: – природным своеобразием тропического пояса; – традиционной ориентацией развития, которая объективно ведет к усилению давления на биосферу (быстрый рост населения, традиционное сельское хозяйство и др.); – взаимосвязью и взаимозависимостью различных регионов мира (перенос загрязнений); – слабой развитостью этих стран, зависимостью от бывших метрополий.
лобальных экологических проблем можно отметить следующие: Экология как наука.
Экология – общебиологическая наука, изучающая исторически сложившиеся закономерности взаимоотношений организмов друг с другом и с окружающей средой. Термин «экология» предложил в 1866 г. немецкий зоолог Э. Геккель. Экология исследует и изучает: - влияние факторов среды на растительные и животные организмы; - реакции отдельных особей, популяций и сообществ на эти факторы; - механизмы, влияющие на численность популяций, их структуру; - биологическую продуктивность природных сообществ; - закономерности функционирования экологических систем. Для решения перечисленных выше задач экологическая наука использует специализированные методы: · Полевые – длительное наблюдение за взаимоотношениями в природе, за миграцией животных и т. д. С их помощью изучают конкретное влияние комплекса факторов среды на развитие и жизнедеятельность популяций. · Экспериментальные позволяют устанавливать влияние отдельных факторов на развитие организмов в условиях искусственных экологических систем (аквариум может служить моделью реального водоема). · Математического моделирования дают возможность прогнозировать развитие экосистем в зависимости от изменений климата и антропогенных воздействий. В основе этих моделей лежит количественный анализ многолетних наблюдений за экосистемами специалистов различных профилей: биологов, гидрологов, микробиологов, климатологов, гидрохимиков, почвоведов и т. д. Массивы полученных данных заносятся в компьютерную базу и обрабатываются с использованием специальных программ, что позволяет предсказывать на многие десятилетия вперед ответную реакцию данной экосистемы на воздействие среды и человека. Таким образом, были рассчитаны отдаленные на 10, 20, 50 и более лет последствия загрязнения территории РБ. Росси, Украины радионуклидами после аварии на Чернобыльской АЭС. Такие модели развития разработаны для Байкала, Азовского и Каспийского морей. По мере ускорения темпов научно-технического прогресса воздействие человечества на природу становится все более мощным и в настоящее время уже соизмеримо с действием природных факторов. Экология представляет собой научную основу охраны окружающей среды, которая основывается на понимании особенностей конкретных экосистем и всей биосферы.
Экологические факторы, их классификация. Закономерности действия факторов среды на организм. Понятие о пределах выносливости, стено - и эврибионтах. Взаимодействие экологических факторов. Лимитирующие факторы.
С экологических позиций среда – это комплекс окружающих условий, которые способны в той или иной степени влиять на жизнедеятельность организмов. В широком смысле это материальные тела, явления и энергии, воздействующие на организм. К среде обитания (в более её узком смысле) относят только те элементы среды, с которыми данный организм вступает в прямые или косвенные отношения. Так, например, для оптимальной плотности популяций хищника имеют непосредственное значение пища, жизненное пространство, конкуренты, паразиты, возбудители болезней, климатические условия и т. д. Таким образом, среда обитания – это совокупность элементов окружающей среды, которые способны прямо или косвенно оказывать воздействие на организм. Экологические факторы – это те элементы среды обитания, которые способны оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы хотя бы на протяжении одной из стадий их индивидуального развития. Следует отметить, что экологическим фактором является только изменяющийся элемент окружающей среды, вызывающий у организмов при своем повторном изменении ответные приспособительные эколого-физиологические реакции, наследственно закрепляющиеся в процессе эволюции. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные (рис. 1).
Рис. 1. Схема воздействия среды обитания (окружающей среды) на организм
1. Абиотические факторы - компоненты и явления неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Среди множества абиотических факторов главную роль играют: · климатические (солнечная радиация, свет и световой режим, температура, влажность, атмосферные осадки, ветер, атмосферное давление и др.); · эдафические (механическая структура и химический состав почвы, влагоемкость, водный, воздушный и тепловой режим почвы, кислотность, влажность, газовый состав, уровень грунтовых вод и др.); · орографические (рельеф, экспозиция склона, крутизна склона, перепад высот, высота над уровнем моря); · гидрографические (прозрачность воды, текучесть, проточность, температура, кислотность, газовый состав, содержание минеральных и органических веществ и др.); · химические (газовый состав атмосферы, солевой состав воды); · пирогенные (воздействие огня). 2. Биотические факторы - совокупность взаимоотношений живых организмов, а также их взаимовлияний на среду обитания. Действие биотических факторов может быть не только непосредственным, но и косвенным, выражаясь в корректировке абиотических факторов (например, изменение состава почвы, микроклимата под пологом леса и т.д.). К биотическим факторам относятся: · фитогенные (влияние растений друг на друга и на окружающую среду); · зоогенные (влияние животных друг на друга и на окружающую среду). 3. Антропогенные факторы - отражают интенсивное влияние человека (непосредственно) или человеческой деятельности (опосредованно) на окружающую среду и живые организмы. К таким факторам относятся все формы деятельности человека и человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни. Каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе человека, и в свою очередь оказывает воздействие на каждую из этих составляющих. Влияние антропогенных факторов в природе может быть как сознательным, так и случайным, или неосознанным. Человек, распахивая целинные и залежные земли, создает сельскохозяйственные угодья, выводит высокопродуктивные и устойчивые к заболеваниям формы, расселяет одни виды и уничтожает другие. Эти воздействия (сознательные) часто носят отрицательный характер, например необдуманное расселение многих животных, растений, микроорганизмов, хищническое уничтожение целого ряда видов, загрязнение среды и др. К случайным относятся воздействия, которые происходят в природе под влиянием деятельности человека, но не были заранее предусмотрены и запланированы им: распространение вредителей, паразитов, случайный завоз различных организмов с грузом, непредвиденные последствия, вызванные сознательными действиями в природе, например осушением болот, постройкой плотин, распашкой целины и др. Биотические факторы среды проявляются через взаимоотношения организмов, входящих в одно сообщество. В природе многие виды тесно взаимосвязаны, их отношения друг с другом как компонентами окружающей среды могут носить чрезвычайно сложный характер. Что касается связей между сообществом и окружающей неорганической средой, то они всегда являются двусторонними, обоюдными. Так, характер леса зависит от соответствующего типа почв, но сама почва в значительной мере формируется под влиянием леса. Подобно этому температура, влажность и освещенность в лесу определяются растительностью, но сформировавшиеся климатические условия в свою очередь влияют на сообщество обитающих в лесу организмов. В свою очередь, адаптивные (приспособительные) реакции организмов на влияние факторов среды вырабатываются в процессе естественного отбора и позволяют выживать и оставлять потомство. Каждый организм способен реагировать на окружающую среду в соответствии со своей генетической конституцией, использовать её факторы для своего развития и существования, или, по крайней мере, переносит их воздействие. Экологические возможности организма зависят от наследственной нормы реакции по отношению к каждому фактору среды. Большинство экологических факторов (например, температура, влажность, интенсивность солнечной радиации, источники пищи, конкуренты, паразиты и многое другое) подвержены значительным колебаниям, как в пространстве, так и во времени. Воздействие экологического фактора зависит от его интенсивности. Несмотря на многообразие влияния экологических факторов на организмы, можно выявить общий характер их воздействия. Для каждого экологического фактора, влияющего на организм, существует благоприятная интенсивность воздействия, называемая зоной оптимума. Так, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, и будет оптимумом. А весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости), или толерантности. Ограничивающие его точки, т.е. максимальная и минимальная пригодные для жизни температуры, — пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости по мере приближения к последним растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах, или зонах угнетения, в рамках диапазона устойчивости (рис. 2). По мере удаления от оптимума вниз и вверх по шкале не только усиливается стресс, но по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель. Таким образом,максимальное и минимальное значение фактора, при которых еще возможна жизнедеятельность, называют пределами выносливости. В условиях, близких к пороговомудействию фактора (уменьшение или увеличение) происходит угнетение жизни. Границы, за которыми наступает гибель организмов, называют верхними и нижними пределами выносливости. Для каждого вида растений или животных существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости (или выносливости) в отношении каждого фактора среды обитания. При значении фактора, близкого к пределам выносливости, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго. Обычно где-то в средней части диапазона устойчивости имеются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, т.е. оставляют наибольшее число потомков. На практике выявить такие условия сложно, поэтому оптимум обычно определяют отдельные показатели жизнедеятельности (скорость роста, выживаемость и т.п.).
Рис. 2. Зависимость действия экологического фактора от его интенсивности
Оптимальное значение фактора, и пределы выносливости, неодинаковы для разных видов и даже для отдельных особей одного и того же вида. Виды (организмы), которые выдерживают значительные отклонения от оптимального значения фактора, т. е. обладают широким диапазоном выносливости, называются эврибионтными. Например, бурый медведь обитает в условиях холодного и теплого климата, в сухих и влажных районах, питается разнообразной растительной и животной пищей; сосна растет на песках и на болотах, где стоит вода; лесообразующие породы способны переносить существенные колебания температур. Эврибионтные организмы экологически пластичны, что способствует их широкому расселению. Виды (организмы) для которых необходимы относительно постоянные условия окружающей среды, называются стенобионтными. Например, кувшинка не может жить без воды; огурцы и томаты не переносят даже небольшие заморозки; некоторые вида антарктических рыб адаптированы к низким температурам (от -2 до +2 оС), и с повышением температуры они перестают двигаться, впадая в тепловое оцепенение. Эти организмы являются экологически непластичными и имеют ограниченные области распространения. Способность выносить вариации экологических факторов может зависеть от этапов онтогенеза. Так, личинки краба не могут развиваться в пресной воде, тогда как взрослые особи заходят в реки далеко вверх по течению. Значения факторов внешней среды неравноценно. Например, животные не могут жить без кислорода и органической пищи; зеленые растения не могут существовать без света, углекислого газа, кислорода и минеральных солей. Совокупность жизненно необходимых факторов среды, без которых живые организмы не могут существовать, называется условиями существования. Другие факторы среды – содержание азота в атмосфере, кремния в почве, ветер, электрические разряды и т. п. - могут быть безразличны для жизни организмов. Отклонение от оптимальной интенсивности какого-либо фактора может сузить пределы выносливости к другим факторам, например, при уменьшении содержания азота в почве снижается засухоустойчивость растений. Факторы среды воздействую на организм одновременно и совместно, причем действие каждого из них в определенной мере зависит от количественного выражения других факторов. В то же время ни один из необходимых факторов не может быть полностью заменен другим. При недостатке бора в почве рост растений прекращается, даже если другие элементы имеются в необходимом количестве. Фактор среды, в конкретных условиях наиболее удаленный от оптимума, снижает возможность существования вида в данных условиях, несмотря на оптимальные сочетания остальных факторов. Такой фактор, интенсивность которого приближается к пределу выносливости или выходит за него, называется ограничивающим, или лимитирующим фактором. Такие уклоняющиеся от оптимума факторы имеют большое значение в жизни вида, определяя его географический ареал. Понятие лимитирующих факторов было введено в 1840 г. химиком Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием закона минимума Либиха. Закон минимума Либиха относится ко всем влияющим на организм абиотическим и биотическим факторам. Это может быть, например, конкуренция со стороны другого вида, присутствие хищника и паразита. Сформулированный закон действует как в отношении растений, так и животных. Сочетание условий среды, обеспечивающих усиленный рост, развитие и размножение каждого организма (популяции, вида), называют экологическим (биологическим) оптимумом. Создание условий биологического оптимума при выращивании сельскохозяйственных культур и животных позволяет значительно повысить их продуктивность.
|
