Объекты изучения и методы экологии

                                                Содержание

 

Введение…………………………………………………..………………………2

I. Объекты изучения и методы  экологии……………….……………………….6

1.1 Объекты изучения экологии……………………………………………...6

1.2 Методы экологии………………………………………………………….8

II. Определение экологической  сукцессии. Первичные и вторичные сукцессии. Отличительные особенности природных и антропогенных сукцессий………………………………………………………………….……..12

2.1 Определение экологической  сукцессии………………………….……12

2.2 Первичные и вторичные сукцессии……………………………….……15

2.2.1 Первичные сукцессии………………………………………..…….…..15

2.2.2 Вторичные сукцессии………………………………………………….25

2.3 Отличительные особенности природных и антропогенных сукцессий……………………………………………………………………..26

III. Понятия «природопользование»,    «нерациональное  природопользование»,   «рациональное   природопользование»,    «охрана      окружающей природной среды». Основные принципы рационального природопользования и охраны окружающей природной среды……………..28

3.1 Понятия  «Природопользование»……………………………………….28

3.2 Рациональное   природопользование…………………………………...30

3.3 Нерациональное  природопользование…………………………………31

3.4 Охрана      окружающей природной среды……………………………..32

3.5 Основные принципы рационального природопользования и охраны окружающей природной среды……………………………………………..34

Заключение………………………………………………………………………36

Список литературы………………………………………………………………37

 

 

 

Введение

 

1. Экология - наука, изучающая взаимодействие между организмами и окружающей их живой (биотической) и неживой (абиотической) средой. 
Термин "экология" (от греч. oikos- жилище, место обитания и logos- наука) предложил Э. Геккель в 1866 г. для обозначения биологической науки, изучающей взаимоотношения животных с органической и неорганической средами. До сих по нет достаточно чёткого и строгого определения экологии 
Экология - это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых её проявлениях, на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учётом изменений, вносимых в среду деятельностью человека. Конечной целью экологических исследований является выяснение путей, с помощью которых вид сохраняется в постоянно меняющихся условиях среды. Процветание вида заключается в поддержании оптимальной численности его популяций в биогеоценозе. Основным содержанием современной экологии становится исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-биоценотическом уровне и изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов (экосистем) и биосферы, их продуктивности и энергетики.

Предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы, экосистемы) и их динамика во времени и пространстве.

Основные задачи могут  быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биогеоценозах и их системах. 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.

2. Несмотря на то что биогеоценоз является саморегулирующейся системой, стремящейся к устойчивому состоянию, последнее полностью не достигается. Этому препятствует непостоянство условий внешней среды, а также изменения, возникающие в процессе жизнедеятельности организмов, составляющих биогеоценоз (экосистему). В результате ни один биогеоценоз не существует вечно, рано или поздно он сменяется другим. Способность к сменам — одно из важнейших свойств биогеоценозов. Длительное существование популяций на одном месте изменяет биотоп так, что он становится малопригодным для одних видов, но пригодным для других. В результате на этом месте развивается другой, более приспособленный к новым условиям биоценоз. Такая последовательная, необратимая, направленная смена одного биогеоценоза другим называется сукцессией. В зависимости от состояния и свойств среды различают первичные и вторичные сукцессии.

Для возникновения сукцессии  необходимо свободное пространство. В зависимости от первоначального  состояния субстрата, различают  первичную и вторичную сукцессии. Первичная сукцессия — формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате, а вторичная сукцессия — это последовательная смена одного сообщества, существовавшего на данном субстрате, другим, более совершенным для данных абиотических условий.

3.  На протяжении многих тысячелетий человечество использовало разнообразные природные ресурсы для удовлетворения своих потребностей, не нарушая естественных эволюционных процессов в биосфере. Научно-техническая революция XX в. вызвала радикальные изменения энерговещественных потоков в системе "природа-общество", которые проявились в существенных антропогенных изменениях природных ландшафтов и развитии социально-экологических кризисов. Так, в настоящее время около 15% территории России относятся к районам с неблагоприятной экологической обстановкой. Это по площади превышает территорию Западной и Центральной Европы и дестабилизирует глобальные процессы в биосфере.

Природопользование как  особый вид деятельности осуществляется в целях:

• использование энергий природной среды;

• отчуждения возобновимых и невозобновимых природных ресурсов

• создания из природных  материалов средств производства и  жизнеобеспечения человека;

• размещения отходов  производства и жизнедеятельности  в окружающей среде;

• обустройства природной среды в целях создания благоприятных условий для существования и развития человека;

• организации природной  среды в целях её устойчивого  развития;

• управления всеми перечисленными действиями.

К середине XX в. стала очевидной насущная необходимость комплексного анализа взаимодействия хозяйственной и природной систем в процессе потребления или эксплуатации тех или иных природных ресурсов, т. е. в процессе природопользования. Результаты такого анализа требуются для экологической, экономической и социальной оптимизации систем природопользования, которое в идеале должно стать неистощающим природные ресурсы. Такое природопользование, наряду с другими факторами, обеспечивает устойчивое развитие. Синтез результатов исследований естественных и гуманитарных наук, направленных на планирование и оптимизацию различных видов природопользования, осуществляет новое направление науки, зародившееся в последней четверти XX в., — рациональное природопользование. Объектом исследования этой науки является процесс взаимодействия природных и хозяйственных систем, что предопределяет необходимость синтеза географических, экономических, экологических, социальных знаний, характеризующих этот процесс.

Главная цель природопользования как научного направления — поиск и разработка путей оптимизации взаимоотношения общества и природы, которые должны способствовать созданию благоприятных условий для жизни и хозяйственной деятельности человека. Это особенно актуально для современной России, перед которой стоит задача перехода к устойчивому развитию. На протяжении длительного периода экстенсивное развитие экономики страны, ведомственный (монопольный) характер использования природных ресурсов, неадекватная их экономическая оценка формировали систему природопользования, которая не отвечает критериям, обеспечивающим устойчивое развитие. Природно-ресурсный потенциал России, т. е. та часть природных ресурсов, которая может быть вовлечена в хозяйственную деятельность при существующих технических и социально-экономических возможностях общества при условии сохранения нормальных условий жизни человека, используется нерационально. Дальнейшее цивилизованное использование природных ресурсов России представляет собой важнейшую социально-экономическую и экологическую задачу, решение которой прямо направлено на сохранение природы как основы жизни на нашей планете.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I. Объекты изучения  и методы экологии

1.1 Объекты изучения экологии

 

Основной частью экологии, ее фундаментом является общая экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды. Предметом изучения общей экологии являются объекты организменного, популяционно-видового, биоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой. В связи с этим выделяют следующие основные разделы экологии:

♦ экология организмов (аутэкология), которая изучает индивидуальные связи отдельной особи или групп особей одного вида с окружающей средой;

♦ экология популяций (демэкология), в задачи которой входит изучение структуры, динамики популяций отдельных видов (механизмы регуляции численности организмов, оптимальная плотность, допустимые нормы их изъятия и др.);

♦ экология сообществ, или биоценология (синэкология), которая изучает взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой, структуру и механизмы функционирования биогеоценозов.

Кроме того, экология классифицируется по конкретным объектам и средам исследования. Например, выделяют экологию растений, животных, экологию микроорганизмов. В структуре современной экологии выделяют следующие направления:

♦ глобальная экология (основным объектом изучения является биосфера как глобальная экосистема);

♦ экология человека (рассматривается взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающей средой);

♦ социальная экология (изучаются взаимоотношения в системе «человеческое общество – природа»);

♦ урбоэкология (экология города), наука о взаимодействии человека и окружающей городской среды;

♦ прикладная экология (инженерная, медицинская, агроэкология, строительная и др.).

В последние годы сформировалось новое направление – экологическая  безопасность – это состояние  защищенности природной среды и  жизненно важных интересов человека от возможного негативного воздействия  хозяйственной и иной деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, их последствий (Закон «Об охране окружающей среды»).

Таким образом, экология как наука основана на разных разделах биологии (физиологии, генетике, биофизике, зоологии, ботанике и др.) и связана  с другими науками (например, с физикой, химией, географией, психологией, педагогикой, правом). Только на основе интеграции этих дисциплин возможно преодолеть технократическую парадигму мышления, выработать новый тип экологического сознания, мышление, коренным образом меняющее поведение людей по отношению к природе.

Главная цель экологии: изучить, как работает экосфера. Объекты изучения: 5 уровней организованной материи:

• живые организмы,
• популяция,
• сообщества,
• экосистемы,
• экосфера.

Живой организм - это любая  форма жизнедеятельности. Сущ. от 3-х  до 20-ти категорий живых организмов. Обычно подразделяют все организмы  на:

1. растения;
2. животных
3. деструкторов-редуцентов.

Популяция - это группа организмов одного вида, проживающих в определенном районе. Вид - это совокупность популяций, представители которых фактически или потенциально дают полноценное потомство в естествен. условиях. Сообщество. Каждый организм или популяция имеет свое место обитания. Когда несколько популяций различных видов живых организмов живут в одном месте и взаимодействуют друг с другом, они создают так называемое экологическое сообщество.

Экосистема - это взаимосвязь  сообществ с химическими и  физическими факторами, создающими неживую (абиотическую) среду. К физическим факторам относятся:

• солнечный свет,
• тень,
• испарение,
• ветер,
• температура
• водные течения.

Хим. факторам являются питательные  элементы и их соединения в атмосфере, гидросфере и земной коре, необходимые  в больших или малых количествах для существования, роста и размножения организмов. Все экосистемы Земли составляют экосферу.

 

1.2 Методы экологии

 

Экология использует широкий набор методов исследования. Методы экологических исследований – это пути и способы изучения экологических явлений, которые подразделяются на полевые и лабораторные (Пономарева И. Н. Экология. – М., 2001).

Полевые способы предполагают изучение экологических явлений в природной среде. Они помогают установить взаимосвязи организмов, видов и сообществ со средой, выяснить общую картину развития и жизнедеятельности биосистем. Полевые методы, в свою очередь, подразделяются:

♦ на маршрутные (прямое наблюдение, оценка состояния, измерение, описание, составление схем, карт);

♦ на стационарные (длительное наблюдение за объектами, замеры, описание, инструментальный отчет);

♦ на описательные (первоначальное знакомство с объектом, применяется при регистрации основных особенностей изучаемых объектов, прямом наблюдении, картировании, инвентаризации);

♦ на экспериментальные (опыт, эксперимент, количественная оценка, химические методы анализа и др.), мониторинг (наблюдение, оценка и прогноз состояния природной среды).

Лабораторные методы используются при проведении работ в лабораторных условиях, но пересекаются с методами полевых исследований. Особое внимание в экологии отводится методу моделирования. Моделирование – метод опосредованного практического и теоретического оперирования объектом, когда исследуется не сам интересующий объект непосредственно, а вспомогательная, искусственная или естественная система (модель), соответствующая свойствам реального объекта. Любая модель всегда упрощена, отражает общую суть процесса.

Мониторинг окружающей среды – комплексная система наблюдений за состоянием окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов. В процессе проведения мониторинга ставятся следующие цели:

♦ количественная и качественная оценка состояния воздуха, поверхностных вод, почвенного покрова, флоры и фауны, а также постоянный контроль стоков и выбросов на промышленных предприятиях;

♦ составление прогноза о состоянии окружающей среды и возможных его изменениях;

♦ наблюдение за происходящими в окружающей природной среде физическими, химическими, биологическими процессами, за уровнем загрязнения атмосферного воздуха, почв, водных объектов, последствиями его влияния на растительный и животный мир;

♦ обеспечение заинтересованных организаций и населения текущей и экстренной информацией об изменениях в окружающей природной среде, а также предупреждение и прогнозирование ее состояния.

В зависимости от степени выраженности антропогенного воздействия различают мониторинг фоновый и импактный.

Фоновый (базовый) мониторинг – слежение за природными явлениями и процессами, протекающими в естественной обстановке, без антропогенного влияния. Импактный мониторинг – слежение за антропогенными воздействиями в особо опасных зонах. В зависимости от масштабов наблюдения различают мониторинг глобальный, региональный и локальный. Глобальный мониторинг – слежение за развитием общемировых биосферных процессов и явлений; региональный мониторинг – слежение за природными и антропогенными процессами и явлениями в пределах какого-то региона; локальный – мониторинг в пределах небольшой территории. В рамках программы ЮНЕП (программа ООН по проблемам окружающей среды) в 1973–1974 гг. были разработаны основные положения функционирования Глобальной системы мониторинга окружающей среды, основная задача которой – предоставление информации, необходимой для защиты здоровья, благополучия, безопасности и свободы людей и управления окружающей средой и ее ресурсами.

Таким образом, экология является мировоззренческой, синтетической областью знаний, интегрирующей естественнонаучные и гуманитарные знания. Стратегической задачей экологии является развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

II. Определение экологической   сукцессии. Первичные и вторичные  сукцессии. Отличительные особенности природных и антропогенных сукцессий

 

2.1 Определение экологической сукцессии

 

Термин сукцессия введен в 1901 г. американским ботаником Г. Каульсом (1869-1939). Развитие учения о сукцессии  связано с именем его соотечественников, тоже ботаников Ф. Клементса и Д. Уивера. Детально изучали сукцессии и английские ботаники во главе с А. Тенсли, ученые франко-швейцарской школы, руководимые Ж. Браун-Бланке. В России изучение сукцессий лесов было начато Г.Ф. Морозовым и продолжено В.Н. Сукачевым, Е.М. Лавренко, П.Д. Ярошенко и другими лесоводами, а исследование смен растительности на степных залежах и выгонах – И.К. Пачоским, Г.Н. Высоцким, Л.Г. Раменским и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИМЕР. Простым примером сукцессии служит зарастание озер заводей (рис. 1). Наземная расти-тельность, развивающаяся на месте сухого водоема, не имеет ничего общего с той водной растительностью, которая была характерна для него в годы наполнения его водой. Диаспоры (семена, части побегов, проростки) наземных растений попадают на высохшее днище или берег после ухода воды. И их приживание обеспечивает смену одного ценоза другим, завершаясь становлением сообществ кустарников и деревьев.

Сукцессия растительности – это последовательный ряд смены  серийных (временно существующих) растительных сообществ на конкретном местообитании после выведения конкретной экосистемы из состояния динамического равновесия.

Смены растительности на вырубках или на залежах, приводящие к восстановлению коренной растительности, также считают сукцессиями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Всю сукцессию в целом  называют серией (американские авторы). Каждое сообщество, которое в процессе сукцессии сменяет другое, называют стадией этой сукцессии, или серийным сообществом (рис. 2).

Завершающая, относительно устойчивая стадия развития любого ценоза назы-вается климаксом (греч. klimax — лестница). На этой стадии сообщество приходит в равновесие со своей средой обитания.

Такое сообщество с присущим ему  фитоклиматом состоит из «подогнанных»  к совместному обитанию видов  и в наибольшей степени соответствует условиям среды, как климатическим, так и эдафическим, и его геоботаники называют климаксовым (американские авторы), или узловым сообществом (П.Д. Ярошенко).

ПРИМЕРОМ экологического климакса может служить еловый лес Подмосковья, темнохвойная тайга в горах Восточной Сибири, ковыльные степи и влажные тропические леса.

Климаксовое сообщество принято также  называть коренным. Оно считается устойчивым в данных климатических условиях, и все компонентами биогеоценоза находятся в «равновесии». Но об этом «равновесии» говорят, как о динамическом, подвижном.

Динамическое  равновесие подразумевает непрерывную "настройку" и "перенастройку" биогеоценоза, так как никогда  не прекращаются изменения внешних  условий, а вместе с ними и популяций. В течение тысячелетий условия среды колеблются около некоторого среднего значения, и климакс изменяется значительно медленнее, чем остальные стадии сукцессии. Тем не менее, со временем происходят глубокие изменения в количественном и качественном составе климаксовой экосистемы.

НАПРИМЕР, около 10 000 лет  назад в эпоху последнего оледенения на месте нынешних листопадных лесов  востока Северной Америки находилась тундра.

Вполне понятно, что  в силу своей «пригнанности» к  условиям обитания климаксовая стадия гораздо более устойчива, чем начальная и переходные (серийные) стадии сукцессионного ряда. И всегда в ходе сукцессии увеличивается внутреннее разнообразие экосистемы, она становится более стабильной.

В равновесно-устойчивом, стабильном состоянии климаксовое, или коренное, сообщество пребывает до тех пор, пока не изменятся климат, рельеф, гидрологический режим, пока вновь не пройдет пожар, или не случится какая-то другая катастрофа. И вновь начнется новая сукцессия, которая либо приведет к восстановлению исходного сообщества, либо нет.

На одном и том  же месте однотипная серия может  повторяться неоднократно, если повторяются  нарушения растительного покрова  или его уничтожение, или резко  меняются условия существования.

ПРИМЕР. Повсеместно растущие дубняки из дуба монгольского, сменившие в результате рубок и пожаров коренные кедрово-шроколиственные леса на южных склонах гор в Приморье.

 

2.2 Первичные и вторичные сукцессии

2.2.1 Первичные сукцессии

 

Первичная сукцессия  — это процесс развития и смены  экосистем на участках, полностью  свободных от растительного покрова и не сохранивших семенных зачатков растений.

Образование таких участков вызывается действием ветра (ветровая эрозия или ветровая аккумуляция), отступлением берега водоема и заливанием участка  водой, выгоранием растительного покрова, выгрызанием растений животными, вырубкой леса, распашкой земель, т. е. климатическими, эдафическими, биотическими и антропогенными факторами.

ПРИМЕР. Классический пример – постепенное обрастание голой  скалы с развитием в конечном итоге на ней леса. Голый камень мало пригоден для жизни. Однако мхи растут и в таких условиях. Их крошечные репродуктивные клетки-споры прорастают в мельчайших трещинах скал, при засухе мхи переходят в неактивное, покоящееся состояние, но не гибнут. При малейшем увлажнении продолжается рост «мохового ковра» на поверхности скалы. Он, как сито, улавливает частицы породы, приносимые ветром или водой, и постепенно накапливая почву и удерживая воду, обеспечивает место для поселения семенных растений. Крупные растения накапливают почву, кроша скалу своими корнями. Их опадающие листья и ветви в дальнейшем не дают расти мхам и большинству мелких видов, начавших сукцессию. Моховые сообщества сменяются другими, а те в свою очередь – третьими, продолжая сукцессию.

Пример антропогенной сукцессии – формирование облепиховых зарослей на южном склоне на восточной окраине г. Уссурийск в долине р. Раковка и на одном из южных склонов гор Пржевальского (рис. 3).

История расселения облепихи в пригородной зоне г. Уссурийска связано со строительством в 1992-1993 гг. Уссурийской ТЭЦ и Уссурийского картонного комбината, под застройку которых были отведены дачные угодья на низком равнинном участке в долине р. Раковка. Грунт для строительства добывался на близлежащем склоне южной экспозиции, ранее занятом вторичным дубовым редколесьем с подлеском из лещины и разнотравно-осоковым ярусом. Во время разработки карьера на склоне был полностью уничтожены растительный покров и почвы.

 

Формирование облепиховых  зарослей обусловлено одновременным  сочетанием трех условий: 1 – отсутствием конкурентов по эконише – почвы и растительность при проведении строительных работ были полностью уничтожены на большей части склона, 2 – наличием на бывших дачных участках источников семян – плодоносящих куртин облепихи, 3 – обитанием в данном районе птиц, питающихся ягодами облепихи.

А.Г. Воронов (1940, 1973) выделяет в первичной сукцессии растительности на обнаженных почвах или грунтах  две фазы:

- заселение оголенной  территории и формирование фитоценоза  из поселяющихся на голой площади растений (рис. 4).

- смена одного сформировавшегося  фитоценоза другим (рис. 5).

а) Факторы, определяющие развитие растительности в первой фазе сукцессии – на оголенных территориях

Растения проникают  на освободившуюся территорию путем  переноса диаспор (семян, спор, кусочков растения) при помощи ветра, воды, животных или человека, или путем постепенного вегетативного разрастания растений, находящихся близ границ оголенной территории. В составе нового фитоценоза часто преобладают растения с диаспорами, легко разносимыми ветром, а около воды – с диаспорами, хорошо держащимися на воде. Часто то действие, которое вызвало оголение почвы (отложение наноса водой, перевевание песка ветром) способствует и появлению на этой территории диаспор, т.е. деятельность человека. Поэтому так быстро на этих участках вырастают сорные и рудеральные растения.

Случаи внедрения растения на новую территорию с краев только путем образования вегетативных подземных или надземных побегов  без образования генеративных органов  наблюдаются во много раз реже, чем внедрение путем заноса семян.

Заселение новой территории зависит от ряда факторов, случайных  по отношению к особенностям самой  территории:

- от того, какие растения  и как далеко они растут  поблизости от нарушенного участка, 

- от их количества,

- от направления господствующего  ветра,

- от высоты и силы  паводка, 

- от качества субстрата  участков,

- от характера увлажнения, и  т. д. 

Следует отметить, что легкость семян, способствующая их переносу при помощи ветра, достигается за счет уменьшения запасов питательных веществ, а это отрицательно сказывается на развитии проростков, снижая шансы на их сохранение.

б) Эцезис и его особенности

После того как растение проникло на оголенную территорию, оно начинает приспосабливаться к новым условиям. Процесс приспособления особей растений к новым для них условиям называют эцезисом. Он заканчивается тогда, когда растение дало плоды и семена.

Не все диаспоры, попавшие на оголенную  территорию, прорастают сразу. Семена большинства видов долго сохраняют всхожесть, нередко десятки или даже сотни лет. При этом они прорастают не в один год, а при благоприятном стечении обстоятельств. Это обеспечивает условия лучшего сохранения проростков

ПРИМЕР. Леспедеца в дубняках вокруг пос. Горнотаежеое (Уссурийский р-н) возобновилась в первый же год после пожара, образовав сплошной покров. Пожара до этого не было более 20 лет. Лишь немногие виды (конский каштан, чозения, ивы, и др.) имеют семена, теряющие всхожесть в течение нескольких дней или немногих недель.