Объекты исследования (почва, вода, воздух) и задачи экологии.
Объекты исследования (почва, вода, воздух) и задачи экологии.
Экология как наука активно развивается в последние годы, охватывая в своих исследованиях основные компоненты биосферы: литосфера, гидросфера и атмосфера.
Основными объектами являются:
взаимодействие человека, животных, микроорганизмов, растений с окружающей неживой природой, находящихся в разных компонентах биосферы: водоемах, на суше, в воздухе,
в разных климатических условиях: тропиках, умеренной зоне, полярной зоне,
в различных состояниях экосистем: сравнительно-низменых, измененных частично, антропогенных, загрязненных или незагрязненных
Основные задачи экологии:
- Исследование закономерностей организации жизни в связи с антропогенным воздействием на природную среду.
- Создание научной основы рациональной эксплуатации биологических и минеральных ресурсов
- Разработка мероприятий по защите окружающей среды
Связь между экологией и охраной окр. среды.
Охрана окружающей среды, или прикладная экология — комплекс мер, предназначенных для ограничения отрицательного влияния человеческой деятельности на природу.
Такими мерами могут являться:
§ Ограничение выбросов в атмосферу и гидросферу с целью улучшения общейэкологической обстановки.
§ Создание заповедников, заказников и национальных парков с целью сохранения природных комплексов.
§ Ограничение лова рыбы, охоты с целью сохранения определённых видов.
§ Ограничение несанкционированного выброса мусора. Использование методов экологической логистики для тотальной очистки от несанкционированного мусора территории региона.
На сегодняшний день эта проблема обостряется с каждым днем все сильнее.
Прикладная экология включает: промышленную экологию, сельскохозяйственную экологию, экологию города (населенных пунктов), медицинскую экологию, экологию административных районов, экологическое право, экологию катастроф и многие другие разделы. Прикладная экология тесно связана с охраной природы и окружающей среды.
Экологические знания должны служить основой рационального природопользования. На их основе базируется создание и развитие сети охраняемых территорий: заказников,заповедников и национальных парков, а также охрана отдельных памятников природы. Рациональное использование природных ресурсов является основойустойчивого развития человечества.
Во второй половине ХХ века в связи с интенсивным воздействием человеческого общества на биосферу начинается экологический кризис, особенно обострившийся в последние десятилетия. Современная экология включает множество разделов и охватывает самые разнообразные стороны человеческой деятельности; происходит экологизациявсего общества.
Пример: Охрана земель и меры по защите почв
Охрана земель — комплекс мер организационно-хозяйственных, агрономических, технических, мелиоративных, экономических и правовых мероприятий по предотвращению и устранению процессов, ухудшающих состояние земель, а также случаев нарушения порядка пользования. [1] Охрана земель тесно связана с охраной почв. Для восстановления почв, загрязнённых токсичными промышленными отходами (в том числе свинцом, мышьяком, цинком и медью) могут быть использованы новые подвиды земляных червей Lumbricus rubellus. Каждый подвид обладает своим белковым комплексом, нейтрализующим опасные соединения, то есть поглощает определённый элемент и возвращает его в почву уже в виде, пригодном для усвоения растениями. Таким образом, возможно двухэтапное восстановление почв [2] :
1. разведение червей данных подвидов;
2. высадка зелёных насаждений.
Поскольку эти черви не способны жить в чистых почвах, их также можно использовать для оценки токсичности почв [2] .
3. Экологическая система. Биосфера. Биогеоценоз.
Экологическая система — совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной связи друг с другом.
К термину экологическая система очень близко примыкает термин биогеоценоз
Биогеоценоз — это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных объектов (атмосферы, почвы-грунта, растительности, животного мира, микроорганизмов), имеющих свою особую специфику взаимодействия всех слагающих её компонентов.
Биогеоценоз может быть естественным и антропогенным.
Гомеостаз – состояние состояние подвижно стабильного равновесия экосистем (биогеоценоза)
· Если биогеоценоз естественный, то в нём процессы изменения состояния происходят в космическое пространство, то это называется открытая система
· В антропогенной эко системе все поддерживается благодаря человеку.
Биогеоценоз-источник жизни всех живых организмов. Благодаря нему происходит круговорот всего живого в биосфере.
Биосфера- явл. Экосистемой высшего глобального уровня и представляет собой часть твердой, водной и газовой оболочки Земли, в кот. Обитают живые организмы (термин ввел Эдуард Зюсс)
Рус. Академик В.И.Вернадский понимал биосферу, как сферу единства живых организмов и неживой природы. Живое вещество(его объём на планете = 0,01%) охватывают всю биосферу, её создает и изменяет
Биосфера охватывает сферу жизни живых существ и включает: верхние слои литосферы, всю гидросферу до глубины 12 км.,нижний слой атмосферы- тропосферы до 15 км.
Одной из причин преждевременного изменения состояния биосферы явл. Изменение климата.
В биосфере постоянно происходит круговорот веществ и энергии, кот. включает одни и теже элементы: водород,углерод,азот,кислород,сера.Из неживой природы эти элементы переходят в состав растений,а из растений в животных и чел-ка образуя круговорот жизни.Перечисленные 5 элементов наз. жизнелюбивые
Экологические факторы среды
Среда-это природные тела и явления, с которыми связаны живые организмы.
Различают 4 качественно-различные среды жизни , обладающие специфическим набором экологических факторов:
— наземно-воздушная среда (суша);
— водная среда (эволюционно-первичная среда жизни);
Экологические факторы – свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Они отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве.
Один и тот же фактор имеет разное значение для разных организмов. Факторы среды воздействуют на организм не по отдельности, а в комплексе т.к между ними происходит взаимодействие. Различают 4 взаимодействия экологических факторов среды:
1) Монодоминантность (когда один из факторов подавляет действия других факторов);
2) Синергизм (когда все вместе усиливают действия другого);
3) Антагонизм (взаимное неприятие разных факторов);
4) Провокационность (сочетание положит. и отрицат. воздействий);
Классификация экологических факторов:
Неживой природы: абиотические
-климатические (свет, температура и т.п). Лучистая энергия солнца распространяется в виде электромагнитных волн, 48%-видимая часть спектра, 45%- инфракрасная, 7%- ультрафиолетовая.
Антропогенные- деятельность человека (прямые и косвенные);фитогенные (растения); зоогенные (животные); микробиогенные (вирусы, бактерии)
Биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую природу.
Кислотные осадки.
Термин впервые был выдвинут ещё в 1872 году. Причина была в том, что начала погибать рыба в озерах Англии, а затем в этих озерах обнаружили кислоту.
В начале 19 века стала активно развиваться промышленность, она стала выбрасывать в атмосферу химический дым (выбросы). Он и превращался в кислоту, которая попадала в воду.
Ученые считают, что основным виновником этого является США – в Канаде 14 тыс. озер закислены, 150 тыс. озер получили повышенную кислотность из-за сгорания промышленного топлива. Из-за этого гибнет вся живность.
За 180 лет кислотность возросла в 100 раз.
1-ый документ, который во всем мире показал, что все заинтересованы кислотными осадками – Конвенция по трансграничным загрязнениям воздуха на большие расстояния.
Радиоактивные загрязнения.
Это явление было открыто более 100 лет назад. 1-е открытие было сделано во Франции.
Радиоактивные загрязнения есть везде (в человеческом организме, в воде, атмосфере и т.д.), но их доля мала. О проблеме стали думать после взрыва 2-х ядерных (атомных) бомб в Херосиме и Нагасаки.
Радиоактивное загрязнения – это попадание радиоактивных веществ (РВ) в живые организмы и среду их обитания (атмосферу, гидросферу, почву), происходящее в результате ядерных взрывов, удаления в окружающую среду радиоактивных отходов и т.п. Источниками рад. Загрязнения являются радиоактивные вещества.
15. Сокращение биоразнообразия на планете.
Биоразнообра́зие — разнообразие жизни во всех её проявлениях
Основные причины сокращения биологических видов кроются в двух факторах: росте населения людей и неконтролируемом отлове и истреблении животных, а также в глобальном потеплении, которое делает невозможным дальнейшее обитание многих морских и земных видов животных.
Исчезновение биологических видов является нормальным процессом развития жизни на Земле. В процессе эволюции неоднократно происходило массовое вымирание видов.
основным фактором ускорения вымирания стала хозяйственная деятельность человека. В общем плане причинами снижения разнообразия служат растущее потребление ресурсов, пренебрежительное отношение к видам и экосистемам, недостаточно продуманная государственная политика в области эксплуатации природных ресурсов, непонимание значимости биологического разнообразия и рост численности населения Земли. Причинами исчезновения отдельных видов обычно являются нарушение местообитания и чрезмерная добыча. В связи с разрушением экосистем уже погибли многие десятки видов. Только около обитателей тропических лесов исчезло порядка 100 видов. От чрезмерной добычи страдают промысловые животные, особенно те, которые высоко ценятся на международном рынке. Под угрозой находятся редкие виды, обладающие коллекционной ценностью.
К числу других причин относятся: влияние со стороны интродуцированных видов, ухудшение кормовой базы, целенаправленное уничтожение с целью защиты сельского хозяйства и промысловых объектов. Считается, что 12 видов живых существ были уничтожены случайно.
Объекты исследования (почва, вода, воздух) и задачи экологии.
Экология как наука активно развивается в последние годы, охватывая в своих исследованиях основные компоненты биосферы: литосфера, гидросфера и атмосфера.
Основными объектами являются:
взаимодействие человека, животных, микроорганизмов, растений с окружающей неживой природой, находящихся в разных компонентах биосферы: водоемах, на суше, в воздухе,
в разных климатических условиях: тропиках, умеренной зоне, полярной зоне,
в различных состояниях экосистем: сравнительно-низменых, измененных частично, антропогенных, загрязненных или незагрязненных
Основные задачи экологии:
- Исследование закономерностей организации жизни в связи с антропогенным воздействием на природную среду.
- Создание научной основы рациональной эксплуатации биологических и минеральных ресурсов
- Разработка мероприятий по защите окружающей среды
Источник
Глава 2. Факторы среды
Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова
Основы общей экологии
Учебное пособие. М.: Университетская книга, 2005.
Глава 2. Факторы среды
2.4. Основные среды жизни
Рассмотренные факторы и комплексные градиенты формируют жизненные среды – водную, наземно‑воздушную, почвенную. Кроме того, для многих организмов жизненной средой являются другие организмы.
Водная среда жизни. Это самая древняя среда, в которой жизнь возникла и долго эволюционировала еще до того момента, как первые организмы появились на суше. По составу водной среды жизни различаются два ее основных варианта: пресноводная и морская среды.
Водой покрыто более 70% поверхности планеты. Тем не менее, за счет сравнительной выравненности условий этой среды («вода всегда мокрая») разнообразие организмов в водной среде намного меньше, чем на суше. Лишь каждый десятый вид царства растений связан с водной средой, разнообразие водных животных несколько выше. Общее соотношение числа видов «суша/вода» – около 1:5.
Плотность воды выше плотности воздуха в 800 раз. И давление на населяющие ее организмы также много выше, чем в наземных условиях: на каждый 10 м глубины оно возрастает на 1 атм. Одно из основных направлений приспособления организмов к жизни в водной среде – повышение плавучести за счет увеличения поверхности тела и формирования тканей и органов, содержащих воздух. Организмы могут парить в воде (как представители планктона – водоросли, простейшие, бактерии) или активно перемещаться, как рыбы, формирующие нектон. Значительная часть организмов прикреплена к поверхности дна или перемещается по ней. Как уже отмечалось, важным фактором водной среды является течение.
Основу продукции большинства водных экосистем составляют автотрофы, использующие солнечный свет, пробивающийся через толщу воды. Возможность «пробивания» этой толщи определяется прозрачностью воды. В прозрачной воде океана в зависимости от угла падения солнечного света автотрофная жизнь возможна до глубины 200 м в тропиках и 50‑ти м в высоких широтах (например,в морях Северного Ледовитого океана). В сильно взмученных пресноводных водоемах слой, заселенный автотрофами (его называют фотическим), может составлять всего несколько десятков сантиметров.
Наиболее активно поглощается водой красная часть спектра света, поэтому, как отмечалось, глубоководья морей заселены красными водорослями, способными за счет дополнительных пигментов усваивать зеленый свет. Прозрачность воды определяется несложным прибором – диском Секки, который представляет собой окрашенный в белый цвет круг диаметром 20 см. О степени прозрачности воды судят по глубине, на которой диск становится неразличимым.
Важнейшей характеристикой воды является ее химический состав – содержание солей (в том числе биогенов), газов, ионов водорода (рН). По концентрации биогенов, особенно фосфора и азота, водоемы разделяются на олиготрофные, мезотрофные и эвтрофные. При повышении содержания биогенов, скажем, при загрязнении водоема стоками, происходит процесс эвтрофикации водных экосистем (см. 12.7).
Содержание кислорода в воде примерно в 20 раз ниже, чем в атмосфере, и составляет 6–8 мл/л. Оно снижается при повышении температуры, а также в стоячих водоемах в зимнее время, когда вода изолирована от атмосферы слоем льда. Снижение концентрации кислорода может стать причиной гибели многих обитателей водных экосистем, исключая особо устойчивые к дефициту кислорода виды, подобные карасю или линю, которые могут жить даже при снижении содержания кислорода до 0,5 мл/л.
Содержание углекислого газа в воде, напротив, выше, чем в атмосфере. В морской воде его может содержаться до 40–50 мл/л, что примерно в 150 раз выше, чем в атмосфере. Потребление углекислого газа фитопланктоном при интенсивном фотосинтезе не превышает 0,5 мл/л в сутки.
Концентрация ионов водорода в воде (рН) может меняться в пределах 3,7–7,8. Нейтральными считаются воды с рН от 6,45 до 7,3. Как уже отмечалось, с понижением рН биоразнообразие организмов, населяющих водную среду, быстро убывает. Речной рак, многие виды моллюсков гибнут при рН ниже 6, окунь и щука могут выдержать рН до 5, угорь и голец выживают при понижении рН до 5–4,4. В более кислых водах сохраняются лишь некоторые виды зоопланктона и фитопланктона. Кислотные дожди, связанные с выбросами в атмосферу больших количеств оксидов серы и азота промышленными предприятиями, стали причиной подкисления вод озер Европы и США и резкого обеднения их биологического разнообразия.
Наземно‑воздушая среда жизни. Воздух отличается значительно более низкой плотностью по сравнению с водой. По этой причине освоение воздушной среды, которое произошло много позже, чем зарождение жизни и ее развитие в водной среде, сопровождалось усилением развития механических тканей, которые позволили организмам противостоять действию закона всемирного тяготения и ветра (скелет у позвоночных животных, хитиновые панцири у насекомых, склеренхима у растений). В условиях только воздушной среды ни один организм постоянно жить не может, и потому даже лучшие «летуны» (птицы и насекомые) должны периодически опускаться на землю. Перемещение организмов по воздуху возможно за счет специальных приспособлений – крыльев у птиц, насекомых, некоторых видов млекопитающих и даже рыб, парашютики и крылышки у семян, воздушные мешки у пыльцы хвойных пород и т.д.
Воздух – плохой проводник тепла, и потому именно в воздушной среде на суше возникли эндотермные (теплокровные) животные, которым легче сохранить тепло, чем эктотермным обитателям водной среды. Для теплокровных водных животных, включая гигантов‑китов, водная среда вторична, предки этих животных когда‑то жили на суше.
Для жизни в воздушной среде потребовались более сложные механизмы размножения, которые исключали бы риск высыхания половых клеток (многоклеточные антеридии и архегонии, а затем семязачатки и завязи у растений, внутреннее оплодотворение у животных, яйца с плотной оболочкой у птиц, пресмыкающихся, земноводных и др.).
В целом возможностей для формирования разнообразных сочетаний факторов в условиях наземно‑воздушной среды много больше, чем водной. Именно в этой среде особенно ярко проявляются различия климата разных районов (и на разных высотах над уровнем моря в пределах одного района). Поэтому разнообразие наземных организмов много выше, чем водных.
Почвенная среда жизни. Большая часть суши покрыта тонким слоем (по сравнению с толщей земной коры) почвы, названной в.И. Вернадским биокосным телом. Почва представляет собой сложный многослойный «пирог» из горизонтов с разными свойствами, причем состав и толщина «пирога» в разных зонах различны. Общеизвестны зональный (от подзолов и серых лесных до черноземов, каштановых и бурых почв) и гидрогенный (от влажно‑луговых до болотно‑торфянистых) ряды почв. В южных районах почвы могут быть, кроме того, засолены на поверхности (солончаковатые почвы и солончаки) или в глубине (солонцы).
Любая почва представляет собой многофазную систему, в состав которой входят:
– минеральные частицы – от тончайшего ила до песка и гравия;
– органическое вещество – от тел только что умерших животных и отмерших корней растений до гумуса, в котором это органическое вещество подверглось сложной химической обработке;
– газовая (воздушная) фаза, характер которой во многом определяется физическими свойствами почвы – ее структурой и соответственно плотностью и порозностью. Газовая фаза почвы всегда обогащена углекислым газом и парами воды и может быть обеднена кислородом, что сближает условия жизни в почве с условиями водной среды;
– водная фаза. Вода в почве также может содержаться в разных количествах (от избытка до крайнего дефицита) и в разных качествах, быть гравитационной, т.е. свободно перемещающейся по капиллярам и наиболее доступной для корней растений и животных организмов, гигроскопической, т.е. входящей в состав коллоидных частиц, и газовой, т.е. в форме пара.
Эта многофазность почв делает их среду наиболее насыщенной жизнью. В почвах сконцентрирована основная биомасса животных, бактерий, грибов, в ней расположены корни растений, живущих в наземно‑воздушной среде, но извлекающих из почвы воду с элементами питания и поставляющие в «темный мир» почвы органическое вещество, накопленное в процессе фотосинтеза на свету. Почва – это главный «цех по переработке» органического вещества, через нее протекает до 90% углерода, возвращаемого в атмосферу.
Гигантское разнообразие жизни в почве включает не только те организмы, которые живут в ней постоянно – позвоночные (кроты), членистоногие, бактерии, водоросли, дождевые черви и т.д., но и те организмы, которые связаны с ней лишь в начале своей «биографии» (саранчовые, многие жуки и т.д.).
Адаптация растений к некоторым вариантам экстремальных почвенных условий (засуха, засоление) будут рассмотрены в следующей главе.
Организмы как среда жизни. Нет ни одного вида многоклеточных организмов, который не был бы заселен другими организмами, и в первую очередь паразитами. Разные организмы и разные их органы, ткани и клетки имеют свою специфику как жизненные среды и свое паразитарное население, которое в разной степени опасно для хозяина, предоставившего им «жилплощадь со столом». Тем не менее, есть общие особенности этой среды жизни: в ней смягчены колебания внешних условий, и практически не ограничены ресурсы пищи.
Далеко не всегда хозяин, который заселен паразитами, оказывается беспомощным перед «назойливыми квартирантами». В этом случае паразитам приходится преодолевать неблагоприятные условия, формируемые в результате защитных реакций хозяина. По этой причине лучшая среда жизни для многих паразитов – это старые ослабленные особи.
Организмы как среду жизни, кроме паразитов, могут использовать многие виды, которые полезны организму‑хозяину, т.е. находятся с ним в отношениях взаимовыгодного сотрудничества – мутуализма (см. 8.6).
1. Расскажите об основных параметрах водной среды жизни.
2. Как организмы адаптируются к жизни в водной среде?
3. Какие факторы определяют способность света «пробивать» водную толщу?
4. Как изменяется спектр солнечного света при прохождении через водную толщу?
5. Какие факторы являются лимитирующими в водной среде?
6. Приведите примеры влияния рН водной среды на организмы.
7. Расскажите об основных отличиях наземно‑воздушной и водной сред жизни.
8. Какие изменения в строении организмов произошли в связи с освоением наземно‑воздушной среды?
9. Чем можно объяснить более высокий уровень разнообразия организмов, обитающих в наземно‑воздушной среде по сравнению с водной средой жизни?
10. Охарактеризуйте почвенную среду жизни как многофазную.
11. Расскажите о разнообразии жизни в почвенной среде.
12. Опишите основные особенности организма как среды жизни.
Темы докладов на семинарских занятиях
1. Главные комплексные градиенты, определяющие характер экосистем конкретного региона (где живет студент).
2. Свет как фактор‑ресурс.
3. Вода как незаменимый фактор жизни организмов.
4. Макро– и микроэлементы в питании растений и животных.
5. Организмы как пищевые ресурсы.
6. Температура как экологический фактор.
7. Характеристика температурного режима конкретного региона (где живет студент).
8. Засоление воды и почвы как экологический фактор.
9. Экологическая роль горизонтального и вертикального перемещения водных масс.
10. Экологическое значение загрязняющих веществ в конкретном регионе (где живет студент).
11. Главные комплексные градиенты в конкретном регионе (где живет студент).
12. Сравнение водной и наземно‑воздушной сред жизни.
13. Сравнение водной и почвенной сред жизни.
Источник