НАУКА ЭКОЛОГИЯ

Л Е К Ц И Я 1.

Тема: Н А У К А Э К О Л О Г И Я. План лекции: 1. Предмет.

При каждом объединении подмножеств в новое множество возникает, по крайней мере, одно новое качество или свойство.

Науке известны два различных подхода и способа мышления в изучении сложных систем: 1) холистический(от гр. holos – весь, целый), при котором система изучается в ее целостности, исследуются общие для системы, системные функции и законы;

Экология – междисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи”.

Это очень широкое определение, но оно больше других соответствует современному широкому пониманию экологии. Экология приобретает роль всеобъемлющего мировоззрения и превращается в учение о выборе путей выживания человечества.

 

Ц Е Л Ь.

Изучение законов функционирования экологических систем всех уровней и биосферы в целом в условиях природопреобразующей деятельности человечества и выработка тактики и стратегии поведения человечества в целях оптимизации функционирования этих систем.

З А Д А Ч И.

Задачи экологии прямо вытекают из цели и существующих на планете проблем:

1) всеобъемлющая диагностика состояния природы планеты

и ее ресурсов;

2) определение порогов выносливости экологических систем

по отношению к антропогенной нагрузке;

3) выработка критериев оптимальности функционирования

экологических систем;

4) изучение обратимости и путей восстановления

антропогенных нарушений экологических систем;

5) разработка прогнозов изменений в биосфере и состояний

окружающей человека среды при разных сценариях политического, экономического и социального развития человечества;

6) отказ от дискредитировавшей себя природопокорительной

идеологии и формирование идеологии и методологии экоцентризма, направленной на экологизацию экономики, производства, политики и образования.

 

М Е Т О Д О Л О Г И Я.

Методологическую основу современной экологии составляет сочетание:

1) системного анализа;

2) натурных наблюдений и измерений;

3) эксперимента;

4) моделирования.

1.Признание экологических систем предметом экологии,

принцип эмерджентности и холистический подход к изучению неизбежно приводят к необходимости использования в качестве методологической основы науки экологии системного анализа.

Системный анализ – это направление научного познания и социальной практики, в основе которого лежит исследование объекта как системы.

а) беспрецедентная структурная сложность; б) многоуровневость и перекрестность связей; в) управляющие функции и обратные связи экологических

Л Е К Ц И Я 2.

 

Тема: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ,

ПРИНЦИПЫ И ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ.

 

План лекции:

1. Понятие экосистемы.

2. Структура экосистемы.

3. Экологические факторы.

 

 

П О Н Я Т И Е Э К О С И С Т Е М Ы.

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

Экологическая система или экосистема – это простран-ственно 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.

Т а к и м о б р а з о м:

 

ЭКОСИСТЕМА = БИОТОП + БИОЦЕНОЗ

 

Причем, 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.

Более конкретизированное определение экосистемы может быть сформулировано так:

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 А. 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.).

 

 

С Т Р У К Т У Р А Э К О С И С Т Е М Ы.

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

 

ПОТОК ВЕЩЕСТВА, ЭНЕРГИИ И ИНФОРМАЦИИ ОТ СОЛНЦА И ДРУГИХ КОСМИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ.

ОБМЕН ОРГАНИЧЕСКИМ И НЕОРГАНИЧЕСКИМ

ВЕЩЕСТВОМ, ЭНЕРГИЕЙ

И ИНФОРМАЦИЕЙ

Э К О С И С Т Е М А

(Б И О Г Е О Ц Е Н О З)

ПОТОК ВЕЩЕСТВА, ЭНЕРГИИ И ИНФОРМАЦИИ

ИЗ НЕДР ЗЕМЛИ.

  Рис.1. Структурная схема (блочная модель) экосистемы.  

А. 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.

Б. 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:

– хищничество ( +, – );

– паразитизм ( +, –);

– конкуренция ( – , – );

б) неантогонистические:

– симбиоз (от гр. symbiosis – сожительство), ( + , + ) – это

обоюдовыгодные, но не обязательные взаимоотношения разных видов организмов;

– мутуализм (от лат. mutuus – взаимный), ( + , + ) –

взаимовыгодные и обязательные для роста и выживания отношения организмов разных видов;

– комменсализм (от лат. commensalis – сотрапезник), ( + , 0) –

взаимоотношения, при которых один из партнеров извлекает выгоду, а другому они безразличны;

– нейтрализм ( 0 , 0 ) – взаимоотношения, при которых

организмы практически не оказывают влияния друг на друга.

 

По расположению источника	По изменению во времени	В соответствии   Абиотические	со структурой   Биоти	экосистем ческие
Внешние Внутренние	Периоди- ческие Непериоди- ческие Направлен-ного дейст- вия	-климатические -гидрологичес- кие -эдафические -географичес- кие	Внутривидовые -демографичес- кие -этологические	Межвидовые –антогонис-тические -неантого- нистические

 

Трубицын А.В.

Л Е К Ц И Я 3.

 

Тема:ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ,

ПРИНЦИПЫ И ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ.

    План лекции:

Диапазона толерантности самих организмов по отношению к

Этим факторам.

Цель экологического анализа среды состоит не в том, чтобы составить длинный некритический перечень возможных факторов, а в том, чтобы средствами… Значение лимитирующих факторов дает ключ к управлению экосистемами.  

Терминальное стабилизированное состояние экосистемы называется климаксом (гр. klimax – лестница, зрелая ступень).

  4. ЗАКОН ГОМЕОСТАЗА. Гомеостаз (гр. homos – тот же, одинаковый, stasis – состояние) – это способность экосистемы поддерживать устойчивое…

Резистентную и упругую.

Упругая устойчивость – способность системы быстро восстанавли-ваться после нарушения структуры и (или) функции. Экосистема обычно имеет преобладающим либо один, либо другой тип устойчивости,… Новые, молодые экосистемы, особенно искусственные (например, создаваемые современным сельским хозяйством), обычно…

Количественные соотношения в ходе того или иного явления на очень больших территориях стремятся сохраниться путем периодических компенсаций, давая в среднем арифметическом одну и ту же постоянную величину или очень к ней близкую...”.

“ ... в пределах биосферы постоянно совершается процесс суммирова-ния положительных и отрицательных отклонений от среднего уровня, того или иного явления, слаживающий в идеальном случае данные отклонения от нуля...”.

 

Этот закон А. Чижевский сформулировал в виде следующей формулы:

 

Р – численные отклонения от среднего уровня того или иного явления в

биосфере в положительную сторону;

Q– отклонения от среднего уровня в отрицательную сторону;

t – промежуток времени;

s– область пространства;

К – квазипостоянная величина, тем более постоянная, чем больше t и s.

 

Если: n = n, m = m и P = Q, то K®0.

Этот закон справедлив как для параметров биотопа, т.е. абиотических факторов, зависящих от солнечной активности, так и для характеристик биоты. Чижевский исследовал очень много явлений в жизнедеятельности биосферы, зависящих от солнечной активности, среди которых могут быть названы такие разные явления, как:

1) урожайность зерновых;

2) рост древесины (толщина годовых колец);

3) размножаемость и миграции животных, птиц, рыб, насекомых, вирусов

и бактерий;

4) колебание веса младенцев;

5) частота несчастных случаев;

6) частота преступлений;

7) рождаемость;

8) смертность;

9) брачность;

10) эпидемии, в частности, психические заболевания.

Чижевский установил даже зависимость от солнечной активности таких сложных социальных явлений, как войны и революции, за что и был подвергнут репрессиям.

 

 

6. ЗАКОНЫ Б.КОММОНЕРА.

 

Законы Б. Коммонера в большей степени могут быть названы аксиомами – поговорками, чем законами, но сам ученый назвал их законами экологии. Они носят системный характер и звучат так:

1) все связано со всем,

2) все должно куда-то деваться,

3) ничто не дается даром,

4) природа знает лучше(иногда последний закон излагают в такой редакции: “Природа знает лучше человека, что лучше человеку.”).

 

 

7. ПРАВИЛО ЛЕ ШАТЕЛЬЕ – БРАУН.

 

Это правило было сформулировано применительно к неравновесным химическим реакциям, но оказалось справедливым и для экосистем, которые также являются неравновесными. Оно звучит так:

При внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется”.

ЛЕКЦИЯ 4

УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ

  1. Характеристика и состав биосферы Экология является наукой, изучающей организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней:…

Загрязнение атмосферы

Атмосфера — газовая оболочка земли. Ее масса около 5,9∙1015 т. Она имеет слоистое строение и состоит из нескольких сфер, между которыми… Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, носит… Выше тропосферы находитсястратосфера. Между ними расположенатро-попауза. Стратосфера имеет протяженность около 40 км.…

Таблица 1

Коэффициент радиационного риска

  Орган или ткань организма Красный костный мозг Костная ткань Щитовид- ная железа …   С помощью этих коэффициентов подсчитывается эффективная эквивалентная доза (Дэфф), которая определяет суммарный эффект…

Естественные источники радиации

Естественные источники радиации приблизительно на 5/6 носят земное происхождение и на 1/6 космическое. Естественная радиация обуславливает (почти на 85%) внутреннее облучение населения Земли (см.табл.2).

Таблица 2

 

Средние годовые эффективные эквивалентные дозы от естественных источников радиации, mЗв/год

Земное происхождение	Космическое происхождение
Внешнее облучение	Внутреннее облучение	Внешнее облучение	Внутреннее облучение
0,35	1,325	0,3	0,015

До сих пор основную часть радиационного облучения население Земли получает от естественных источников излучения (порядка 2,0 mЗв/год), что иллюстрируется следующими данными в табл.3.

Таблица 3

Средние годовые эквивалентные дозы облучения населения от искусственных и естественных источников, mЗв/год

Уровни естественной внешней земной радиации зависят от радиоактивности горных пород, из которых образовалась почва, сорбции радионуклидов почвами.… Внутреннее облучение создается радиоактивными изотопами, поступающими в… Радионуклиды земного происхождения попадают в организм через желудочно-кишечный тракт и органы дыхания:

Концентрация радона (Бк/м3) в воздухе

В различных точках земного шара

Таблица 5 Средняя удельная радиоактивность строительных материалов (Бк/кг) … Некоторые из этих материалов являются отходами других производств и их применение в индустрии строительных материалов…

Система управления безопасностью жизнедеятельности

Правовое регулирование безопасности жизнедеятельности

Природоохранное законодательство   Экологическое законодательство в России базируется на Конституции, определяющей основы собственности на природные…

Лекция 8

  Жизнь, биосфера и важнейшее звено и в ее механизме - почвенный покров,… Почвенный покров - важнейшее природное образование. Его роль в жизни общества определяется тем, что почва представляет…

Земельные ресурсы

Площадь земельных ресурсов мира составляет 149 млн. км. кв., или 86.5% площади суши. Пашня и многолетние насаждения в составе сельскохозяйственных… Все пригодные для употребления вещественные составляющие литосферы,… Если же минеральное богатство используется как топливо (уголь, нефть, газ, горючие сланцы, торф, древесина, атомная…

Роль литосферы в биосфере

Так, являясь продуктом биосферы, почвенный покров выступает важнейшим звеном в ее биогеохимическом механизме. Педосфера с ее гумусовой оболочкой как… Эти особенности земли - почвенного покрова и создают плодородие в биосфере. А… Так почвенный покров превратился в главную экологическую нишу в биосфере. Ведь по крайней мере все наземные растения…

Антропогенное воздействие на литосферу

Литосфера нашей планеты, в обиходе называемая сушей или просто землей, наряду с атмосферой или гидросферой втянута в круг деятельности живого и в… Толщина земной коры под материками достигает 30 —70 километров, под океаном… Суша - главная обитель жизни. Несмотря на то, что площадь суши в четыре раза меньше площади, занимаемой поверхностью…

Поверхностные нарушения литосферы

Человек существует в определенном пространстве, и основной составляющей этого пространства служит земная поверхность -поверхность литосферы. В… Нарушения поверхности литосферы начинаются с самого малого - со строительства… Помимо водохранилищ, занимающих в России 5,5 млн. га, построены каналы большой протяженности, сети мелких каналов, а…

Нарушения литосферных флюидов

На территории России происходит крупномасштабное вмешательство человека в системы водоносных, нефтеносных и газоносных горизонтов литосферы, как в… Часть поверхностного стока переводится в подземный, особенно при орошении.… Другой путь перевода поверхностного стока в толщу литосферы - это подтопление в районах создания водохранилищ, где…

Техногенные нарушения литосферы

Загрязнение почв пестицидами.

Ежегодное применение пестицидов в сельском хозяйстве в 1980-1991 гг. находилось на одном уровне и составляло примерно 150 тыс, т, а в 1992 г.… Пестициды загрязняют окружающую среду не только при их применении на полях, но…  

Радиоактивное загрязнение земной поверхности.

Главными источниками радиоактивного загрязнения окружающей среды являются испытания ядерного оружия, аварии на атомных электростанциях и на… Начало атомной эры человечества связывают с испытаниями ядерного оружия в США… Ядерные взрывы, по общепринятой классификации, основанной на ранжировании среды, в которой они происходят,…

Загрязнение почв промышленными и бытовыми отходами

Настоящим бедствием для страны являются отходы. Общее количество накопленных в стране отходов - около 50 млрд. т., ежегодно образуется более 4.5… В стране образуется более 130 млн. тонн твердых бытовых отходов. Но некоторые… Почвы вокруг больших городов н крупных предприятий цветной и черной металлургии, химической и нефтехимической…

Нормирование содержания вредных веществ в литосфере

Для почвы ПДК вредных веществ впервые установлены в 1980 г.; в настоящее время нормативов более 100. Загрязняющие вещества нормируются: 1. в пахотном слое почвы с/х угодий;

S Ci/0,3ПДКi р.з.£ 1

Санитарные службы контролируют сбор, транспортировку, места захоронения и переработку опасных отходов.

 

Утилизация твердых отходов

Приблизительно за 500 лет до нашей эры в Афинах был издан первый известный эдикт, запрещающий выбрасывать мусор на улицы, предусматривающий… Подобно многим греческим изобретениям, такая практика утилизации отходов была… Первое систематическое использование мусорных печей было опробовано в Нотингеме, Англия, в 1874 г. Сжигание сократило…

Проблема бытовых отходов в России

С начала 70х до конца 80х в России бытовых отходов стало в 2 раза больше. Это миллионы тонн. И произошло это по причине улучшения культуры упаковки… Проблема утилизации мусора стоит особо остро в больших городах, таких как… Программа также включала в себя увеличение парка мусоровозов и контейнеров для их сбора. Предвидя возможные…