Общие понятия экологии. Глобальный экологический кризис

Конспект лекций по Экологии

Лекция 1.

Общие понятия экологии.

Глобальный экологический  кризис

Слово "экология" образовано от греческого ойкос, что означает " дом" или "жилище". В буквальном смысле экология -это наука об организмах "у  себя дома". Обычно экологию  определяют  как науку об отношениях организмов или групп организмов к  окруждющей среде, или как науку о заимоотношениях  между     живыми организмами и средой их обитания. Поскольку экология занимается преимущественно биологией групп организмов и функциональными процессами на суше, в море и в пресных водах, определение этой области исследований как науки о структуре и функциях природы будет более соответствовать ее современному направлению, причем человечество рассматривается как часть природы. Для последних десятилетий ХХ в. особенно подходит одно из определений, данных в полном словаре Уэбстера, а именно: "Предмет экологии - это совокупность или структура связей между организмами и их средой". Для "долгосрочного" употребления лучшим определением этого обширного по объему понятия будет, по-видимому, наиболее краткое и наименее специальное, а именно "биология окружающей среды" (environmental biology).

КОНЦЕПЦИЯ ЭКОСИСТЕМЫ

Определения.

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение нераздельно связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии. Любое единство, включающее все организмы (т.е. "сообщество") на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ (т.е. обмен веществами между биотической и абиотической частями) внутри системы, представляет собой экологическую систему, или экосистему. С точки зрения трофических (от греч. трофе - питание) отношений экосистема имеет два компонента (которые обычно частично разделены во времени и пространстве): 1) автотрофный компонент (автотрофный - самостоятельно питающийся), для которого в основном характерны фиксация световой энергии, использование простых неорганических веществ и построение сложных веществ, и 2) гетеротрофный компонент (гетеротрофный - питаемый другими), для которого характерны утилизация, перестройка и разложение сложных веществ. Для удобства описания целесообразно выделять в составе экосистемы следующие компоненты: 1) неорганические вещества (C, N, CO , H O и т.д.), включающиеся в круговороты; 2) органические соединения (белки, углероды, липиды, гуминовые вещества и т.д.), связывающие биотическую и абиотическую части; 3) климатический режим (температура и другие физические факторы); 4) продуценты - автотрофные организмы, главным образом зеленые растения, которые способны создавать пищу из простых неорганических веществ; 5) макроконсументы, или фаготрофы (от греч. фагос - пожирающий), - гетеротрофные организмы, главным образом животные, которые поедают другие организмы или частицы органического вещества;

6) микрокунсументы, сапротрофы (от греч. сапро - разлагать), или  осмотрофы (от греч. осмо - проходить  через мембрану), гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые разрушают сложные соединения мертвой протоплазмы, поглощают некоторые продукты разложения и высвобождают неорганические питательные вещества, пригодные для использования продуцентами, а также органические вещества, способные служить источниками энергии, ингибиторами или стимуляторами для других биотических компонентов экосистемы. Первые три группы неживые компоненты, а остальные составляют биомассу (живой вес).

Один из самых общих признаков  экосистем -наземных,  пресноводных или морских, создаваемых человеком или природных, - взаимодействие автотрофных и гетеротрофных компонентов. Очень часто эти организмы и осуществляемые ими функции в определенной степени разделены в пространстве, располагаясь в виде ярусов, одни над другими: автотрофный метаболизм наиболее интенсивно происходит в верхнем ярусе - "зеленом поясе", т.е. там, где наиболее доступна световая энергия, а гетеротрофный метаболизм преобладает внизу, в почвах и отложениях - "коричневом поясе", в котором накапливается органическое вещество. Функционирование автотрофов и гетеротрофов частично разделено также во времени: использование продукции автотрофных организмов гетеротрофами может происходить с существенной задержкой. Например, в лесной экосистеме фотосинтез превалирует в листовом пологе. Лишь часть продуктов фотосинтеза, часто весьма небольшая, немедленно и непосредственно используется растением и гетеротрофами - фитофагами и паразитами, питающимися листвой и молодой древесиной. Большая часть синтезированного вещества (в форме листьев, древесины и запасных питательных веществ в семенах и корнях) в конце концов попадает в подстилку и почву, образующие вместе четко определенную гетеротрофную систему.

Такое пространственно-временное  разделение процессов позволяет подразделить потоки энергии на два типа: 1) пастбищный, в котором происходит прямое потребление живых растений или их частей, и 2) "детритный", в котором идет накопление и разложение мертвого вещества. Термин "детрит" ("продукт распада", от лат. deterere - изнашиваться) заимствован из геологии, где им обычно обозначают продукты разрушения горных пород.

Абиотические компоненты лимитируют и регулируют существование организмов. В качестве общего принципа можно указать, что в операциональном смысле живые и неживые части экосистемы настолько тесно связаны природой в одно целое, что разделить их трудно (отсюда операциональные классификации, в которых не проводится резкого различия между биотическим и абиотическим). Большинство биогенных веществ ( С, Н, О, N, P и т.д.) и органических соединений (углеводороды, белки, жиры и т.д.) не только встречаются как в организмах, так и вне их, но и образуют непрерывный поток между живым и неживым.

Поступательные изменения  или экологические сукцессии

Изменения, вызванные  как экзогенетическими (внешними) так  и эндогенетическими (внутренними) причинами могут привести к поступательным изменениям – смене одного биоценоза  на другой. Эти изменения включают в действие механизм последовательной смены определенных состояний экосистемы, характерный для данной зоны, данного местообитания и особенностей предшествовавшего биоценоза.

Экологическая сукцессия – последовательная, необратимая смена биоценозов. Например, луговая экосистема не будучи использована под сенокос, пастбище или как газон она через 5-10 лет зарастает кустарником под пологом которого сохраняются всходы деревьев. Со временем они составят доминирующие популяции и образуется лес, типичный для данных почвенно- климатических условий.

Вторичной сукцессией считаются также процессы аналогичные, например постепенному зарастанию озера и превращению его в болото, а затем и в лес.

Очевидно, что антропогенные экосистемы, заброшенные по какой-либо причине человеком в результате вторичной сукцессии постепенно превращаются в одну из экосистем типичных для данного местообитания. Так, заброшенная после аварии на ЧАЭС пашня постепенно превращается в лес. Пройдут столетия и будут поглощены биотой оставленные дороги, здания и сооружения.

Вторичная сукцессия не входит в систему чрезвычайного реагирования, т.к. в ее истоках лежит более сильное действие.

Первичные сукцессии протекают  не только в естественных условиях, но и в антропогенных экосистемах  в местах значительных техногенных  катастроф, на разработках полезных ископаемых, при проведении крупных строительных мероприятий и т.п.

В случае частичного повреждения  экосистемы или изменении в ней  метаболизма вследствие естественных, внутренних причин или при вмешательстве  человека возможна вторичная сукцессия.

Например, при повреждении  участка естественного луга в  нашей зоне во время сельскохозяйственных, строительных или иных работ, сопровождающихся уничтожением существующей травянистой  растительности, в течение последующих  одного-двух лет активно формируется ценоз из однолетних двудольных растений (т.н. сорняки), затем два-три года преобладают многолетние двудольные растения, за ними образуется сложное сообщество из корневищных и иных злаков. Этот процесс определен особенностями экотопа и являющаяся результатом саморазвития экосистемы.

В основе сукцессионных  изменений на каждом этапе развития экосистемы лежит неполнота биологического круговорота, связанная с несоответствием  изъятия и возвращения в окружающую среду биогенных элементов.

Первичные сукцессии  возможны на местах, где отсутствовал или уничтожен биоценоз, т.е. процесс его развития начинается с единичных представителей пионерских видов и отмечается, как правило, временной длительностью.

Например, к первичным  сукцессиям относятся процессы обрастания горных скал. Они осуществляются в виде образования серий сообществ, последовательно сменяющих друг друга.

Так, вначале на скале  поселяются накипные лишайники с  соответствующей фауной мелких насекомых  – т.н. пионерные виды. Затем на погребенных лишайниках и образовавшемся мелкоземе появляются некоторые виды мхов, усиливается почвообразующая деятельность микроорганизмов, увеличивается количество видов насекомых, появляются некоторые виды беспозвоночных. Следующий этап – появление сосудистых растений, образование почвы, активное развитие наземной и почвенной фауны. Заканчивается обрастание скал образованием леса со специфическим почвенным покровом и иным чем прежде набором видов продуцентов консументов и редуцентов, внешних факторов, которые не только кратковременно вышли за границы толерантности биологических объектов, но и уничтожили их частично или полностью, повлияв на биогенную миграцию в экосистеме.

Экологические кризисы.

Кризис - одно из состояний среды, природы или  биосферы в целом. Ему предшествуют или за ним следуют другие состояния и сопутствующие им экологические ситуации.

Под экологическим  кризисом понимают изменении биосферы или ее частей на значительном пространстве, сопровождающиеся трансформацией среды и систем в целом it новое качество. В настоящее время термин «кризис» используется также часто, как термины «загрязнение среды», дефицит ресурсов.

Биосфера неоднократно переживала острые кризисные периоды, обусловленные чисто природными явлениями. Наиболее известен кризис, который имел место в копне мелового периода (70- 100 млн. лет назад), когда в геологически короткий промежуток времени вымерли пять отрядов рептилий (динозавры, птерозавры, ихтиозавры и др.), включавшие не менее 35 семейств и большое количество видов.

Кризисные явления  неоднократно вызывались изменениями климата и сопутствующими ему оледенениями, либо опустыниванием. Так, в эпоху оледенения, имевшего место 30-40 тыс. лет назад (верхний палеолит), вымерли такие крупные животные, как мамонты, шерстистый носорог и многие хищники.

С момента своего появления  деятельность человека неоднократно противоречила природе, что порождало кризисы различного масштаба. Но в силу небольшой численности населения и его слабой технической оснащенности они никогда не принимали глобальных масштабов. Человек мог исчерпать доступными ему методами какой-то ресурс или разрушить природу и экосистемы на пространствах ограниченного размера.

Общим для всех антропогенных  кризисов является то, что выход  из них сопровождался, как правило, уменьшением численности народонаселения, его миграцией и социальными потрясениями. В ряде случаев кризисы завершались сменой общественного строя. Так, первый антропогенный кризис вызвал расселение охотников, или «ве-лише переселение народов», кризис нехватки продуктов сельского хозяйства (второй антропогенный) -эмиграцию населения из Европы за океан. Переход к земледелию и скотоводству сопровождался разложением первобытно-общинного строя и возникновением рабовладельческого, а последнему сопутствовали опустынивание и истощение земельных ресурсов и переход к феодальному строю.