III Период синэкологических исследований – с 1936 г. до наших дней (7-8 этапы)

II Период аутэкологических исследований (факториальная экология) – с сере­дины 19 в. до середины 20 в. (6 этап).

I Период наивной экологии – до середины 19 в. (1-5 этапы).

История развития экологии[1].

История становления экологии как науки насчитывает по разным источникам от 3 до 8 этапов.

Первый этап – отражает примитивные знания, накапливаемые людьми, в т.ч. пер­вобытными, в процессе тесного общения с природой и ведения натурального хозяйства. Начался за много веков до новой эры и завершился в первые века до новой веры.

Второй этап – накопление фактического материала, но уже античными учеными, средневековый застой. Период: I-III век до н.э. – XIV век н.э.

Основные ученые: Гиппократ, Гераклит, Теофраст, Аристотель, Плиний старший.

Третий этап – продолжение сбора и первые попытки систематизация колоссаль­ного фактического материала, накопленного с началом великих географических открытий и колонизацией новых стран – в эпоху Возрождения. Период: с IV по XVIII век включи­тельно.

Основные ученые: К. Линней, Ж. Турнефор, Ж.Л. Бюффон, Ж.Б. Ламарк, М.В. Ло­моносов, С.П. Крашенников, И.И. Лепехин, П.С. Паллас и др.

Четвертый этап – связан с крупными ботанико-географическими открытиями, способствовавшими дальнейшему развитию экологического мышления; предпосылка эко­логических идей; выделены экология растений и экология животных. Период: конец XVIII – начало XIX века.

Основные ученые: А. Гумбольдт, О. Декандоль,

Пятый этап – становление эволюционной экологии, углубление экологических исследований, начало изучения взаимосвязей. Период: с начала XIX века до второй поло­вины (1866 г.) XIX века.

Основные ученые: К.Ф. Рулье, Н.А. Северцев, Ч. Дарвин, Э. Геккель.

Шестой этап – определение понятия "экология", доминирование исследований ау­тэкологического направления – изучение естественной совокупности видов, непрерывно перестраивающихся применительно к изменению факторов среды, т.е. факториальной ау­тэкологии. М.С. Гиляров называл этот этап временем факториального редукционизма. Период: со второй половины (1866 г.) XIX до середины (1936 г.) XX века.

Основные ученые: К. Мебиус, С.И. Коржинский, И.К. Пачоский (фитоценология), В.В. Докучаев, Г.Ф. Морозов.

Седьмой этап отражает новый – системный, подход к исследованиям природных систем, формирование общей экологии, как самостоятельной фундаментальной биологи­ческой науки, доминирование синэкологического направления – изучение процессов ма­териально-энергетического обмена, развитие количественных методов и математического моделирования. Период: 40-70 гг. XX века.

Основные ученые: Г. Гаузе, А. Тенсли, В.Н. Сукачев, Р. Линдеманн.

Восьмой этап – "экологизация" науки; становление экологических наук, учиты­вающих деятельность Человека, т.е. социальной и политической направленности. Возрас­тание интереса к изучению популяций (демэкология), динамики формирования биогеоце­нозов в связи с антропогенными нарушениями. Большое внимание уделяется стационар­ным исследованиям. Основная методология – системный анализ. Одно из главных на­правлений – длительный экологический мониторинг разных уровней (наземный, регио­нальный, глобальный и пр.). Период: с 80-х годов XX века по настоящее время. В послед­нее десятилетие произошло объединение ряда тенденций последних периодов. Учеными признается как континуальность, так и дискретность растительного покрова – в природе есть и то и это, формируется новая парадигма – биологического разнообразия.

Основные ученые: Н.Ф. Реймерс, В.И. Вернадский, Н.Н. Моисеев, В. Шелфорд, Ю. Одум и др.

§ 2 Структура экологии [2] ׳ [3]

В настоящее время принято выделять несколько разделов в современной экологии: общая (теоретическая) экология, биоэкология, геоэкология, экология человека и социаль­ная экология, прикладная экология. Однако, по некоторым данным выделяют всего три ветви в экологии: общая и биоэкология объединены в первую ветвь, социальная и при­кладная экология во вторую, и третья ветвь – геоэкология. Рассмотрим структуру эколо­гии более подробно.

Общая экология посвящена объединению разнообразных экологических знаний на едином научном фундаменте. Она включает в себя три подраздела: теоретическую, экспе­риментальную и математическую экологию.

Биоэкология посвящена взаимодействиям со средой надорганизменных биологиче­ских систем всех уровней.

В ней выделяются:

ü экология отдельных особей как представителей определенного вида организмов - аутоэкология;

ü экология генетически однородных групп организмов одного вида, имеющих об­щее место обитания, - популяционная экология (демэкология);

ü экология многовидовых сообществ, биоценозов - синэкология;

ü учение об экологических системах - биогеоценология.

Другой принцип деления относится к таксономическим группам организмов: эко­логия водорослей, экология насекомых, экология птиц, экология китов и т.п. Еще один раздел составляет эволюционная экология - учение о роли экологических факторов в эво­люции.

Подразделение производится также по типу среды обитания - наземной (суши), почвенной, пресноводной, морской; по принадлежности сообществ организмов к разным природно-климатическим зонам (экология тундры, тайги, степей, пустынь, гор, тропиче­ских лесов) и типам ландшафтов (экология речных долин, морских берегов, болот, остро­вов, коралловых рифов и т.п.). Эту совокупность приложений иногда называют географи­ческой экологией, или геоэкологией.

На стыке биоэкологии и геохимии Земли на основе изучения роли живых организ­мов в планетарной трансформации солнечной энергии и в круговороте химических эле­ментов возникло учение о биосфере - глобальной экологической системе.

Экология человека - комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как индивида (биологической особи) и личности (социального субъекта) с окружающей его природной и преобразованной самим человеком средой. Важной особенностью эколо­гии человека является социобиологический подход - правильное уравновешивание биоло­гических и социальных аспектов.

Социальная экология как часть экологии человека - это объединение научных от­раслей, изучающих связь общественных структур (начиная с семьи и других малых обще­ственных групп) с природной и социальной средой их окружения. К этому объединению относятся экология народонаселения - экологическая демография и экология человеческих популяций. При этом рассматривается как влияние среды на общество, так и воздействие общества на среду.

Прикладная экология - большой комплекс дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим общест­вом и природой. Она формирует экологические критерии экономики, исследует меха­низмы антропогенных воздействий на природу и окружающую человека среду, следит за ее качеством, обосновывает нормативы неистощительного использования природных ре­сурсов, осуществляет экологическую регламентацию хозяйственной деятельности, кон­тролирует экологическое соответствие различных планов и проектов, разрабатывает тех­нические средства охраны окружающей среды и восстановления нарушенных человеком природных систем. Выделяются следующие разделы прикладной экологии: инженерная, сельскохозяйственная, биоресурсная и промысловая, коммунальная, медицинская.

Инженерная экология - сравнительно новое направление экологической науки, изучающая взаимодействия техники и природы, закономерности формирования регио­нальных и локальных природно-технических систем и способы управления ими в целях защиты природной среды и обеспечения экологической безопасности. Инженерная эколо­гия призвана обеспечить соответствие техники и технологии промышленных объектов экологическим требованиям.

Сельскохозяйственная экология в своей значительной части сливается с биологиче­скими основами земледелия (агроэкология) и животноводства (экология сельскохозяйст­венных животных).

Биоресурсная и промысловая экология изучает условия, при которых эксплуатация биологических ресурсов природных экосистем (лесов, континентальных водоемов, морей, океана) не приводит к их истощению и нарушению, утрате видов, уменьшению биологи­ческого разнообразия. В задачи этой дисциплины входят также разработка методов вос­становления и обогащения биоресурсов, научное обоснование интродукции и акклимати­зации растений и животных, создания заповедников.

Экология поселений, коммунальная экология - разделы прикладной экологии, по­священные особенностям и влияниям различных факторов искусственно преобразованной среды обитания людей в жилищах, населенных пунктах, в городах (урбоэкология).

Медицинская экология - область изучения экологических условий возникновения, распространения и развития болезней человека, в том числе острых и хронических забо­леваний, обусловленных природными факторами и неблагоприятными техногенными воз­действиями среды. Медицинская экология включает в качестве раздела рекреационную экологию, т.е. экологию отдыха и оздоровления людей, смыкающуюся с курортологией.

§ 3 Предмет, методы, задачи и средства экологии [4] ׳ [5]

Предметом изучения экологии являются следующие уровни организации живого мира: организменный, популяционный, экосистемный и биосферный.

Методическую основу современной экологии составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования. Все методы используе­мые в экологии можно разделить на несколько групп:

1) Методы регистрации и оценки состояния среды

2) Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продук­тивности

3) Исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов

4) Методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сооб­ществах

5) Кибернетические исследования и методы математического моделирования

6) Методы прикладной экологии

Важными средствами современной экологии являются:

ü создание геоинформационных систем (ГИС-технологий) и банков экологиче­ской информации;

ü комплексный эколого-экономический анализ состояния территорий;

ü методы инженерно-экологических изысканий;

ü методы экологически ориентированного проектирования хозяйственных и граж­данских объектов;

ü технологические методы снижения отходности, побочных эмиссии и коэффициен­тов вредного действия производственных комплексов, процессов, устройств и изделий;

ü методы оценки влияния техногенных загрязнений и деградации окружающей среды на здоровье людей и состояние природных систем;

ü методы контроля экологической регламентации хозяйственной деятельности: эко­логический мониторинг; экологическая аттестация и паспортизация; эколо­гическая экспертиза.

Основные задачи экологии могут быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биоценозах и экосистемах. Главная теоретическая и практическая задача эко­логии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.

§ 4 Основные понятия и законы экологии [6]

Как и в любой науке в экологии есть ряд понятий и законов, которые являются основополагающими и без которых изучение экологии становится бессмысленной. Среди них понятия: популяция, биоценоз, биогеоценоз, экосистема, биосфера, ноосфера, фактор среды, адаптация.

Популяция (В. Иогансен, 1903) – любая, способная к самовоспроизведению сово­купность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей.

Биоценоз (К. Мебиус, 1877) – надорганизменная система, состоящая из трех ком­понентов: растительности (фитоценоза), животных (зооценоза), микроорганизмов (микро­боценоза).

Биогеоценоз (В.Н. Сукачев, 1942) - система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах определенной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии.

Экосистема (А. Тенсли, 1935) - это любая совокупность организмов и неорганиче­ских компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ.

Биосфера (Э. Зюсс, 1875)- оболочка Земли, заселённая живыми организмами, на­ходящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности.

Ноосфера (Э. Леруа, 1927) - сфера взаимодействия общества и природы, в грани­цах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития.

Экология, как и любая другая наука, состоит из ряда законов и правил. Одними из основных законов в экологии являются экологические законы Коммонера, сформулиро­ванные американским ученым Б. Коммонером в 1970.

1. Всё связано со всем.

2. За всё надо платить (или ничто не дается даром).

3. Всё должно куда-то деваться.

4. Природа знает лучше.

Кроме того существует ряд взаимосвязанных законов и правил. Например, первый и второй экологические законы жизни.

Согласно первому экологическому закону жизни (К.Ф.Рулье), результаты разви­тия (изменений) любого объекта (организма) определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится.

Эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выра­жающееся в изменении внешних и внутренних особенностей называется адаптацией.

Правило соответствия: до тех пор, пока среда, окружающая определенный вид организмов, соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям, этот вид может существовать.

На предел воздействия организмов на среду обитания указывает другой экологи­ческий закон жизни (Куражковский Ю.Н.): каждый вид организмов, потребляя из окру­жающей среды необходимые ему вещества и выделяя в нее продукты своей жизнедея­тельности, изменяет ее таким образом, что среда обитания становится непригодной для его существования.

Если рассматривать влияние окружающей среды на живые организмы, то здесь можно выделить несколько важных законов.

1. Закон минимума Либиха (1840): веществом, находящимся в минимуме, управ­ляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени.

2. Закон компенсации факторов Э. Рюбеля (1930): отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов может быть компенсировано другим близким (анало­гичным) фактором.

3. Закон незаменимости фундаментальных факторов В.Р. Вильямса (1949): полное отсутствие в среде фундаментальных экологических факторов (света, воды, биоге­нов) не может быть заменено другими факторами.

4. Закон толерантности Шелфорда (1913): отсутствие или невозможность разви­тия организма (экосистемы) определяется не только недостатком, но и избытком любого из факторов (тепла, света, воды)

Существует также группа законов, описывающих адаптации живых организмов к экологическим факторам окружающей среды.

1. Правило Аллена (1877): выступающие части тела теплокровных животных (ко­нечности, хвост, уши и др.) тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат.

2. Правило Бергмана (1847): в пределах вида или достаточно однородной группы близких видов теплокровные животные с более крупными размерами тела встречаются в более холодных областях.

3. Правило Глогера (1833): виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (чаще черную или темно-коричне­вую), чем обитатели теплых и сухих областей.

Кроме законов описывающих взаимоотношения между абиотической природой и живыми организмами существуют законы, в которых сформулированы основные прин­ципы взаимодействия между живыми организмами.

1. Принцип Олли (1937): для каждого вида животных существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции.

2. Принцип конкурентного исключения, правило Гаузе (1934): два вида живых существ не могут обитать в одном и том же месте, если их экологические потребности идентичны, т. е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу.

3. Закон Линдемана (1942):

С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой трофический уровень переходит не более 10% энергии.

4. Законы системы хищник– жертва» (В.Вольтерра, 1905):

- Закон периодического цикла. Процесс уничтожения жертвы хищником нередко приводит к периодическим колебаниям численности популяций обоих видов, зависящим только от скорости роста популяций хищника и жертвы и от исходного соотношения их численностей.

- Закон сохранения средних величин. Средняя численность популяции каждого вида постоянна, независимо от начального уровня, при условии, что специфические ско­рости увеличения численности популяций, а также эффективность хищничества посто­янны.

- Закон нарушения средних величин. При аналогичном нарушении популяций хищника и жертвы средняя численность популяции жертвы растет, а популяции хищника – падает.

§ 5 Понятие экологического фактора. Классификация экологических факто­ров. Экологическая валентность (пластичность).

Как ясно из определения «экологии» живые организмы постоянно находятся во взаимодействии с окружающей средой, оказывая на нее влияние. Однако, окружающая среда так же оказывает влияние на живые организмы. Определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм получили название экологические фактора.

Выделяют три группы экологических факторов: абиотические, биотические, ан­тропогенные.

Рисунок 1 – Классификация экологических факторов.

Живые организмы за время своего существования научились приспосабливаться к изменяющимся факторам окружающей среды при помощи специального механизма – адаптации. Адаптации могут быть морфологическими (которые касаются непосредственно внешнего вида и внутреннего строения организма) и поведенческими (связанные с изменением поведения организма при изменении условий окружающей среды).

В выживании и адаптации живых организмов важнейшую роль играют так называемые лимитирующие факторы. Впервые на значение лимитирующего фактора указал немецкий агрохимик Ю. Либих. Изучая влияние содержащихся в почве элементов, он установил что недостаток одного из них может ограничить рост и развитие растения. Данную закономерность он сформулировал в виде закона минимума. Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда. Согласно данному закону у любого организма существуют пределы толерантности или выносливости, за которыми нормальная жизнедеятельность и развитие не возможно. В связи с этим вводится понятие экологической пластичности.

Экологическая пластичность организмов (экологическая валентность) - степень приспособляемости вида к изменениям фактора среды. Выражается диапазоном значений факторов среды, в пределах которого данный вид сохраняет нормальную жизнедеятельность (рис. 2). Чем шире диапазон, тем больше экологическая пластичность.

Рисунок 2 – Графическое представление закона толерантности Шелфорда.

Виды с широким диапазоном пластичности называются эврибионтами, виды с узким диапазоном пластичности – стенобионты.

Тема 2. Экология сообществ. Учение о биосфере и ноосфере.

Элементарной формой существования вида в природе является популяции. Более крупные сообщества, объединяющие в себе несколько популяций – биогеоценоза, экосистемы, биоценозы. Глобальная экосистемы, объединяющая все существующие экосистемы – биосфера.

Дата добавления: 2014-01-11