Концепции и подходы в экологии

С начала века в экологии сформировалось две концепции, два подхода к проблеме взаимоотношений человечества и природы:

1) антропоцентрический (технологический);

2) биоцентрический (экоцентрический).

Согласно антропоцентрическому подходу взаимоотношения строятся по правилам, которые устанавливает сам человек. При этом человек ставит себя в центре природы, а иногда и над ней. Решение проблем усматривается на пути технологической реорганизации и модернизации, т.е., что проблемы могут быть решены теми же средствами, которые и явились причиной их возникновения (технологический оптимизм). Считается, что законы природы не могут и не должны мешать научно-техническому и социальному прогрессу человечества. Этот подход характерен для большинства политиков, экономистов, хозяйственников и инженеров.

Согласно биоцентрическому подходу, человек как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой вынужден и должен принимать ее условия. Проблемы окружающей среды вызваны антропогенным нарушением регуляторных функций биосферы, которые не могут быть изменены или восстановлены технологическим путем (технологический пессимизм). Этот подход характерен для относительно небольшого круга профессиональных экологов и системных аналитиков, а также для стихийного экоцентризма многих людей.

Выбор между этими двумя точками зрения или компромиссе между ними во многом определяет стратегию дальнейшего развития человечества. Большинство людей пока еще склоняются к антропоцентрической точке зрения, т.к. она выглядит проще и оптимистичнее, однако существуют очень веские аргументы в пользу экоцентризма, пренебрегать которыми нельзя.

ОСНОВНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЭКОЛОГИИ

В целом все экологические проблемы модно свести к двум видам:

1. проблема роста численности населения Земли и ограниченности ресурсов;

2.проблема растущего загрязнения окружающей человека и природной среды.

Обширная экологическая проблематика имеет ряд особенностей, среди которых могут быть названы:

1) объем и интенсивность антропогенного (от гр. anthropos – человек, genos – происхождение) воздействия на природу и окружающую человека среду в XX веке стали слишком велики и приблизились к пределу устойчивости биосферы, а по некоторым параметрам и превзошли его;

2) природа отвечает на возрастающее антропогенное давление часто непредвиденными реакциями (мутации и т.п.);

3) человек оказывается в ловушке противоречия между своей биологической сущностью и нарастающим отчуждением от природы;

4) для биосферы характерен естественный круговорот веществ и энергии, человек же в своей хозяйственной деятельности часто разрушает замкнутые циклы, превращая их в линейные тупиковые цепи, заканчивающиеся отходами и загрязнением, которые не могут быть вовлечены в естественный круговорот (человек извлекает из биосферы ресурс, использует его на 10 %, а остальные 90 % в форме “грязи” возвращает в биосферу);

5) большинство экологических проблем носит феноменологический характер, т.е. человечество столкнулось с ними впервые, а цена ошибки в решении очень велика.

В частности, выделяют следующие:

1. комплекс энергетических проблем;

2. демографическая проблема;

3. недостаток экологически чистых продуктов питания и питьевой воды;

4. парниковый эффект;

5. проблема озонового слоя;

6. кислотные дожди;

7. эвтрофирование водоемов;

8. деградация наземных экологических систем;

9. экологические заболевания (злокачественные новообразования, иммунодефицит, аллергии);

10. отсутствие последовательной экологической политики;

11. уменьшение биоразнообразия (исчезновение видов представителей флоры и фауны).

 

ТЕМА 2. ЭКОСИСТЕМА И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

1. Экология как старейшая наука (СРС).

2. Понятие экосистемы.

3. Структура экосистемы.

4. Экологические факторы.

ПОНЯТИЕ ЭКОСИСТЕМЫ

 

Основным фундаментальным понятием и объектом в экологии является экосистема. В настоящее время в научной литературе сформировалось несколько определений экосистемы.

Экологическая система или экосистема – это пространственно определенная совокупность живых организмов и среды их обитания, объединенных вещественно-энергетическими и информационными взаимодействиями.

Любая экосистема состоит из двух частей (двух блоков): биотической и абиотической.

Биотическая часть экосистемы (биота) или биоценоз (от гр. bios – жизнь, koinos – сообщество) образована совокупностью всего входящего в нее живого вещества, т.е. флоры, фауны и микроорганизмов.

Основной функциональной единицей биоценоза является популяция.

Популяция – это совокупность разновозрастных особей одного вида, обменивающихся генетической информацией, объединенных общими условиями существования, необходимыми для поддержания численности в течение длительного времени: общность ареала, происхождения, свободное скрещивание и т.д. Популяция характеризуется рядом признаков, носителями которых является именно популяция (группа), но не отдельные особи, такими как: плотность, рождаемость, смертность, возрастная структура, половая структура, пространственная структура, динамика численности и т.д.

Совокупность популяции разных видов, которые функционируют в определенном пространстве, образуют биоценоз.

Абиотическая часть экосистемы (экотоп) или биотоп (от гр. bios – жизнь, topos – место) – образована совокупностью всего входящего в нее неживого вещества с его свойствами, т.е. неживое органическое и неорганическое вещество почвы, вода, воздух, энергия, информация.

Экосистема ‑ это биотоп + биоценоз. При этом, экосистема является не простой механической совокупностью биотопа и биоценоза, а биотоп и биоценоз взаимосвязаны в экосистеме, активно воздействуют друг на друга, образуя взаимозависимое единство и находясь при этом в относительно устойчивом состоянии. Сообщество организмов и физическая среда развиваются и функционируют как единое целое, как система.

Любое единство, включающее все организмы, населяющие данную область, и взаимодействующее с физической средой таким образом, что внешний поток энергии и информации создает определенное видовое разнообразие, обмен веществ между биотической и абиотической частями внутри системы и определенную трофическую структуру (цепи питания), представляет собой экологическую систему или экосистему.

Термин "экосистема" был предложен английским экологом Артуром Тенсли в 1935 году, но само представление об экосистеме возникло значительно раньше. В качестве синонима термина "экосистема» в научной литературе используются термины:

– биогеоценоз (для сухопутных экосистем) (В.Н. Сукачев, 1944 г.);

– биокосное тело (В.И. Вернадский, 1944 г.);

– холон (А. Костлер, 1969 г.).

СТРУКТУРА ЭКОСИСТЕМЫ

Структурная схема (блочная модель) экосистемы, предложенная российским экологом Владимиром Николаевичем Сукачевым, графически изображена на рис.1.

Функционирование экосистемы обеспечивается взаимодействием четырех основных составляющих:

1) биотопа;

2) биоценоза;

3) потока вещества, энергии и информации, пронизывающего экосистему;

4) круговорота веществ внутри экосистемы.

С точки зрения теории систем экосистемы относятся к типу открытых, т.е. обмениваются с внешней средой и веществом, и энергией, и информацией.

Понятие экосистемы не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности или происхождения. Ценность этого понятия в его универсальности – оно приложимо как к относительно простым искусственным экосистемам (аквариум, теплица, пшеничное поле, обитаемый космический корабль), так и к сложным естественным (озеро, лес, океан, биосфера). В частном случае конкретная экосистема может и не содержать одного или более блоков, входящих в структурную схему (рис.1). Например, различают водные и наземные экосистемы. Все они образуют на поверхности планеты густую пеструю мозаику.

 

 

 

Рисунок 1 - Структурная схема (блочная модель) экосистемы.

 

Примеры экосистем:

1. Естественные (природные):

а) микроэкосистемы (лесная кочка, лужица);

б) мезоэкосистемы (роща, степь, озеро);

в) макроэкосистемы (тайга, океан).

2. Искусственные (антропогенные): сельскохозяйственное поле, городской парк, искусственное водохранилище, город.

Особенностью искусственных экосистем является то, что они не могут длительно сохранять свое состояние без поддержания его человеком, т.е. без внесения извне значительной энергии.

Самая крупная и наиболее близкая к идеалу "самообеспечения" экосистема, известная науке, – это биосфера, которая включает все живые организмы Земли, находящиеся в постоянном взаимодействии с физической средой Земли, в результате чего эта система, через которую проходит поток вещества, энергии и информации от Солнца, из космоса и из недр Земли, находится в состоянии устойчивого динамического равновесия.

Экосистема – понятие весьма широкое. Его главное значение для экологической теории состоит в том, что оно подчеркивает обязательное наличие материальных, энергетических и информационных взаимоотношений, взаимозависимостей и причинно-следственных связей между отдельными блоками, иначе говоря, объединения блоков в функциональное целое. Экосистема является основной функциональной единицей экологии.

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

 

Экологическими факторами называются важные для жизни организма компоненты окружающей среды, с которыми он неизбежно сталкивается.

Экологические факторы могут быть необходимы или вредны для живых существ, способствовать или препятствовать жизнедеятельности.

Совокупность экологических факторов, обуславливающих рост, развитие, выживание и воспроизводство потомства организмами образует условия существования.

Экологические факторы могут быть классифицированы по различным признакам.

1. По расположению источника фактора относительно границы экосистемы принято различать внешние и внутренние факторы.

• Внешние факторы воздействуют на экосистему, но не испытывают непосредственного обратного действия (солнечная радиация, атмосферное давление, ветер и т.п.).

• Внутренние факторы связаны со свойствами самой экосистемы и образуют ее состав (пища, концентрации веществ, состав воздуха, численность популяции и т.п.).

2. По изменению во времени (динамике) различают факторы:

· периодические (смена времени суток, времен года, приливно- отливные явления и т.п.);

· действующие без строгой периодичности (погодные явления, наводнения, ураганы, землетрясения и т.п.);

· факторы направленного действия, изменяющиеся в одном направлении (потепление или похолодание климата, заболачивание территорий и т.п.).

3. В соответствии со структурой экосистемы, содержащей абиотическую и биотическую части (рис.1), в ней могут быть выделены два класса факторов, определяющих ее состояние:

• абиотические факторы;

• биотические факторы.

Особый класс составляют антропогенные факторы, характеризующие различные воздействия человека на неживую и живую природу.

Абиотические факторы в соответствии со структурой биотопа разделяются на климатические, географические, эдафические и гидрологические.

- Климатические факторы характеризуют физико-химические свойства атмосферы. К ним относятся: температура, влажность, давление, скорость движения, степень ионизации воздуха, освещенность. Климатические факторы имеют первостепенное значение, т.к. именно от этих факторов, в первую очередь, зависит географическое распространение видов животных и растений на земной поверхности. Газовый состав воздуха, содержание посторонних газов, примесей, пыли и т.п., вообще говоря, не являются климатическими факторами, но характеризуют состояние атмосферного воздуха.

- Географические факторы (географическая широта, продолжительность дня и ночи, рельеф местности).

- Эдафические факторы (от гр. edaphos – почва) характеризуют физико-химические свойства почвы. К ним относятся: состав, структура и влажность почвы. Эдафические факторы важны для наземных животных и особенно обитателей почвы, а также для всех растений.

- Гидрологические факторы (от гр. hydor – вода) характеризуют физико-химические свойства воды. К ним относятся: температура, содержание солей, газов (в первую очередь кислорода и углекислого газа), микроэлементов, течение, волнение и т.д. Гидрологические факторы являются определяющими для рыб и других водных организмов.

К абиотическим факторам относят также физические поля (гравитационное, магнитное, электромагнитное), ионизирующее излучение. Абиотические факторы могут быть охарактеризованы количественно и доступны для объективного измерения.

Биотические факторы – это прямые или опосредованные воздействия на конкретный организм других организмов, населяющих общую среду обитания. Биотические факторы принято разделять на внутривидовые и межвидовые, антогонистические и неантогонистические.

- Внутривидовые биотические факторы действуют внутри данного вида в популяции. К ним относятся:

а) демографические факторы (численность и плотность популяции, продолжительность жизни особей, плодовитость, смертность и т.п.);

б) этологические факторы, т.е. поведенческие, играющие значительную роль у животных с развитой психикой (контакты между членами семьи, группы, стада, популяции, отношения полов, размножение, уход за потомством, взаимопомощь и защита или, наоборот, возникновение внутривидовой конкуренции, отношений доминирования и подчинения, иерархии в стаде или в популяции и т.п.).

- Межвидовые биотические факторы действуют между представителями разных видов, населяющих одну экосистему. К ним относятся:

а) антогонистические:

1. хищничество (+, –);

2. паразитизм (+, –);

3. конкуренция (–, –);

б) неантогонистические:

1. симбиоз (от гр. symbiosis – сожительство), (+, +) – это обоюдовыгодные, но не обязательные взаимоотношения разных видов организмов;

2. мутуализм (от лат. mutuus – взаимный), (+, +) – взаимовыгодные и обязательные для роста и выживания отношения организмов разных видов;

3. комменсализм (от лат. commensalis – сотрапезник), (+, 0) – взаимоотношения, при которых один из партнеров извлекает выгоду, а другому они безразличны;

4. нейтрализм (0, 0) – взаимоотношения, при которых организмы практически не оказывают влияния друг на друга.

ТЕМА 3. УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ.

 

1. Характеристика и состав биосферы.

2. Биотическая структура экосистем.

3. Пищевые цепи.

 

Для того чтобы иметь возможность прогнозировать последствия воздействия хозяйственной деятельности человечества на природную среду, следует знать характер взаимодействия животного и растительного мира с неживой природой и изучить “опыт” природных сообществ, которые в течение миллиардов лет своего существования умели избавляться от отходов жизнедеятельности, не загрязняя среду обитания благодаря замкнутому кругообороту вещества.