Лекции по "Экологии"

1. Предмет, завдання та зв'язок екології з іншими науками.

Екологія - це наука про  взаємовідносини живих істот  між собою та з неорганічною природою, що їх оточує.

Термін запровадив Геккель  в 1866р.

Предметом дослідження  екології є детальне вивчення, за допомогою кількісних методів, основ, структури та функціонування природних та створених людиною систем (ставки, парки).

Завдання екології:

- Вивчення загального стану біосфери (сучасної)

- Прогнозування динаміки стану біосфери в часі і просторі

- Розробка шляхів оптимізації людського суспільства і природи (взаємодія)

Зв'язок з іншими науками:

1) Філософія: на думку багатьох вчених, екологія не стільки галузь науки, скільки метод мислення, принцип підходу. Філософів цікавили проблеми виникнення життя, його розвитку, впливу навколишнього середовища на людину та вплив людини на природу. Актуальним філософським елементом є екологічна етика, пов'язана з екологічно коректним поводженням людини з природою, усвідомленням того, що всі живі організми мають рівне з людиною право на життя на планеті.

2) Біологічні науки. В основі екології лежить фактологічний матеріал багатьох інших галузей біології (морфологія - вчення про будову організмів, що включає анатомію; ембріологію - розвиток зародишу; гістологію - будова тканин; цитологію - вчення про клітку), а також таких наук, як зоологія, ботаніка, мікробіологія.

3) Математика. Екологія - точна наука, і тому всі взаємодії та закономірності оцінюються мірою та числом. Всі процеси та закономірності можуть бути представлені у вигляді рівнянь, графіків тощо, що дозволяє встановлювати зв'язки, прогнозувати відповідні процеси. Широко використовується математичне модулювання, прогнозування процесів та явищ.

4) Хімічні науки. В основі життя лежить обмін речовин між організмами та середовищем, що міститься в асиміляції, метаболізмі та дисиміляції речовини. Все це - хімічні процеси. В наш час сформувалися специфічні області науки про Землю: хімія води, хімія грунту, хімія атмосфери, хімія води, хімія грунту, хімія атмосфери, сформувався новий напрямок - хімія навколишнього середовища.

5) Фізика. Закономірності біологічних процесів перетворення речовин в харчових ланцюгах, в водному та повітряному середовищах підкоряються фундаментальним законам фізики: закону збереження маси та другому початку термодинаміки.

6) Географічні науки. Сприйнятливість природних систем різних географічних зон (як водних, так і наземних) до антропогенних впливів неоднакова. Це необхідно враховувати в організації природокористування. Самостійно розвиваються такі області географії, як ботанічна та зоологічна.

7) Медицина. Погіршення якості навколишнього середовища в результаті тих чи інших природних процесів або через антропогенні перетворення природи в загальному випадку означає відхилення конкретних умов від фізіологічних вимог організму. Тому необхідно знати які наслідки для організму шкідливі речовини можуть викликати, в яких концентраціях та дозах вони ще безпечні або вже небезпечні, який вміст забруднюючих речовин можна допустити в навколишньому середовищі або в організмі, щоб вони були небезпечні. Встановлення таких концентрацій та доз (санітарно-гігієнічне нормування) - задача медицини, область науки має назву - санітарна охорона навколишнього середовища.

 

2. Екологічні закони, категорії, правила та принципи.

Всього існує 250 екологічних законів, правил та принципів

Закони:

1) Закон мінімуму Ю. Лібіха. За стаціонарного стану лімітуючою буде та речовина, доступна кількість котрої найбільш близька до необхідного мінімуму. Стійкість організму визначається найслабшою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб.

2) Закон толерантності (закон Шелфорда). Відсутність або неможливість розвитку екосистеми визначається не лише нестачею, але й надлишком будь-якого з факторів (тепло, світло, вода тощо). Фактором, що лімітує процвітання організму, може бути як мінімум, так і максимум екологічного впливу, діапазон між якими визначає ступінь витривалості (толерантності) організму до даного фактора.

3) Закон конкурентного виключення. Два види, що займають одну екологічну нішу, не можуть співіснувати в одному місці нескінченно довго.

4) Закон біогенної міграції атомів (закон В.І.Вернадського). Міграція хімічних елементів на земній поверхні та в біосфері в цілому здійснюється під переважаючим впливом живої речовини, організмів.

5) Закон внутрішньої динамічної рівноваги. Речовина, енергія, інформація та динамічні якості окремих природних систем перебувають у тісному взаємозв'язку. Зміна одного з показників неминуче призводить до функціонально-структурних змін інших за умови збереження загальних якостей системи - речовинно-енергетичних, інформаційних та динамічних.

6) Закон генетичної різноманітності. Все живе генетично різне й має тенденцію до збільшення біологічної різнорідності.

7) Закон обмеженості природних ресурсів. Усі природні ресурси в умовах Землі вичерпні.

8) Закон односпрямованості потоку енергії. Енергія, яку одержує екосистема і яка засвоюється продуцентами, розсіюється або разом з їхньою біомасою незворотно передається консументам першого, другого, третього та інших порядків, а потім редуцентам, що супроводжується втратою певної кількості енергії на кожному трофічному рівні як наслідок процесів, що супроводжують дихання.

9) Закон оптимальності.Ніяка система не може звужуватися або розширюватися до нескінченності.

10) Закон піраміди енергій (сформульований Р.Ліндеманом). З одного трофічного рівня екологічної піраміди на інший переходить у середньому не більше 10% енергії.

11) Закон ґрунтостомлення (зниження родючості). Через тривале використання й порушення природних процесів ґрунтоутворення відбувається поступове зниження природної родючості грунтів.

12) Закон фізико-хімічної єдності живої речовини (сформульований В.І. Вернадським). Уся жива речовина Землі має єдину фізико-хімічну природу.

13) Закон екологічної кореляції.В екосистемі жива речовина та абіотичні компоненти функціонально відповідають один одному, випадання однієї частини системи неминуче призводить до вимикання пов'язаних з нею інших частин екосистеми та функціональних змін.

Закони Б. Коммонера.

- все пов'язане з  усім;

- все мусить кудись  діватися;

- природа знає краще;

- ніщо не дається  дарма.

 

Правила:

1) Правило Бергмана. Якщо два систематично близьких види теплокровних тварин відрізняються розмірами, то більш великі мешкають у більш холодному, а малі - в більш теплому кліматі. Оскільки втрата тепла відбувається через поверхню тіла, то чим більша за розмірами тіла тварина, тим менше відношення - поверхня/об'єм.

2) Правило Аллена. У ссавців, що мешкають в районах з холодним кліматом, спостерігається значне зменшення частин тіла, що виступають (вуха, хвіст, шия, лапи; тіло стає більш приземкуватим). Наприклад: порівняйте за зовнішнім виглядом лисичку - Фенька (мешкає в пустелях і напівпустелях), руду лисицю (мешкає в наших широтах) та песця (мешкає на півночі). Песець має більш короткі вуха, лапи, хвіст.

 

Принципи:

1) Принцип леШательє Брауна: при зовнішніх діях, що виводять систему зі стану стійкої рівноваги, рівновага зміщується в напрямку послаблення ефекту зовнішнього впливу.

 

3. Глобальні екологічні проблеми планети Земля та можливі шляхи їх вирішення.

1) Проблема зміни атмосфери та клімату

- явище парникового ефекту (внаслідок підвищення концентрації СО2 збільшується середньорічна темп.)

- "озонові діри" (причина виникн. - дія хімічних органічних речовин, які називають хлорфторметани)

- Кислотні опади (нищать архітектурні пам'ятки; нищать врожай; шкідливі для ґрунту)

Природне джерело - це вулкани, курна буря, вивітрювання, лісові пожежі, процеси розкладання  рослин і тварин.

Антропогенне джерело -  підприємства паливно-енергетичного комплексу, транспорт, різноманітні машинобудівні підприємства

2) Зміна якості гідросфери

Одним з основних забруднювачів  води морів та океанів є нафта  і нафтопродукти. Нафта може потрапляти у воду в результаті природних  виходів її у районах залягання. Але основні джерела забруднення пов'язані з діяльністю людей: нафтовидобутком, транспортуванням, переробкою і використанням нафти в якості палива і промислової сировини.

3) Зміна літосфери (тв. оболонки землі)

У ролі основних забруднювачів ґрунтів виступають метали і інші з'єднання, радіоактивні елементи, а також добрива і отрутохімікати, застосовувані в сільському господарстві, хімічні речовини для боротьби зі шкідниками, бур'янами і хворобами рослин. До найбільш небезпечних забруднювачів ґрунтів відносять ртуть і її з'єднання.

4) Зміна біоти (сукупність всіх живих організмів)

5) Демографічна проблема (демографічний вибух)

 

4. Поняття про середовище існування. Типи середовищ існування.

Середовище існування - це в се оточення в якому відбувається діяльність людини і розвиток живої та неживої матерії.

Типи середовищ за фізико-хімічними  властивостями:

1) Грунтове. (в нього не проникає світло, тому фотосинтез відбуватися не може; грунт щільний, немає різких перепадів температури; тут розміщуються підземні частини рослин, живуть черви, личинки комах, кліщі, мурахи, риючі ссавці.)

2) Водне. (незначні перепади температури, більші перепади тиску, менше кисню, добре поглинає світло тому на глибині понад 300м. навіть у дуже прозорій воді панує морок. Живуть кишковопорожнинні, ракоподібні, риби, черви, земноводні)

3) Повітряне. (світло, температура, вологість, вплив живих істот. За своїми умовами це середовище найбільш багатоманітне. Освоїли павуки, комахи, птахи. ) Переважна більшість організмів використовує повітряне середовище для пересування, а птахи та деякі комахи пристосувались до пересування в повітрі найдосконаліше

4) Живий організм.

 

5. Екологічний фактор. Класифікація екологічних факторів. Провідні абіотичні фактори.

Екофактор - це будь-який фактор середовища, який прямим чи опосередкованим чином впливає на живі організми.

Класифікація:

1) Абіотичні (неживі). Окрім трьох пунктів сюди ще відносять потоки, хвилі, енергію сонця, освітленість, газовий склад атмосфери.

- Кліматичні (температура, світло, вологість, тиск)

- Едафічні / грунтові -  це ґрунтові умови, що впливають на життя і поширення живих організмів.

- Топографічні (рельєф)

2) Біотичні (живі) - сукупність взаємовпливу життєдіяльності одних організмів на інші.Взаємний вплив одних орг. на інших.

Біотичний компонент  можна поділити на: автотрофні орг.(самі продукують орг. речовину.) гетеротрофні.

3) Антропогенні (людська діяльність) - зумовлені діяльністю людини, вплив її на природу може бути як свідомим, так і стихійним, випадковим.

 

6. Біотичні фактори. Типи біотичних відносин.

Біотичні (живі) - сукупність взаємовпливу життєдіяльності одних  організмів на інші. Взаємний вплив  одних орг. на інших

Типи біотичних відносин:

1) Нейтралізм - форма біотичних відносин при якій співіснування двох видів на одній території не здійснює на них безпосереднього впливу та немає ні позитивних, ні негативних наслідків.

2) Конкуренція - боротьба між представниками різних видів за їжу, повітря, воду, світло, життєвий простір. Боротьба тим жорсткіша, чим більше споріднені й близькі за вимогами до умов середовища види організмів, що конкурують.

3) Мутуалізм - представники двох видів своєю життєдіяльністю сприяють одне одному. Наприклад, комахи, збираючи нектар, запилюють квіти.

4) Коменсалізм - коли від співжиття представників двох видів виграє один вид, не завдаючи шкоди іншому. Наприклад, рибка-прилипайко знаходить захист і живиться біля акул.

5) Аменсалізм - існування організму з спричиненням шкоди іншому, але без власної вигоди.

6) Паразитизм - одні істоти живляться за рахунок споживання живої тканини господарів. (кліщі, блошиці, воші)

7) Хижацтво - одні організми вбивають інших і живляться.

8) Алелопатія - одні організми виділяють речовини, шкідливі для інших. Наприклад, фітонциди, що виділяються деякими вищими рослинами, пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів.

 

7. Антропогенні фактори. Типи антропогенних факторів.

Антропогенні (людська діяльність) - зумовлені діяльністю людини, вплив  її на природу може бути як свідомим, так і стихійним, випадковим.

Типи антропогенних факторів:

1) Позитивні:

- Інтродукція - вирощування завезеної рослини в нових для неї кліматичних умовах. Переселення окремих видів тварин за межі їхнього природного ареалу та їх пристосування до нових умов.

- Фітомеліорація - процес використання природньої перетворювальної функції рослинності в оптимізації ноосфери.

- Біологічні методи боротьби зі шкідниками - використання живих організмів для зменшення або повного усунення шкоди, яку наносять шкідники тваринам, людині, сільськгосподаорським культурам.

2) Негативні:

- Розорювання степів

- забруднення

- технічні перетворення й руйнування природних систем ландшафтів

-  вичерпання природних ресурсів

- глобальні кліматичні впливи

- естетичні впливи

3) Прямі- зведення лісів на значних територіях, неконтрольований збір рослин, надмірне знищення промислових тварин, що призводить до різкого скорочення чисельності багатьох видів, а в ряді випадків до їх повного зникнення.

4) Непрямі -  здійснюється шляхом зміни ландшафтів, клімату, физичного стану та хімічного складу атмосфери, гідросфери, ґрунтів та ін.

 

8. Закон мінімум Лібіха. Закон толерантності Шелфорда.

Закон Лібіха - стійкість  організму визначається найслабшою ланкою у ланцюзі його екологічних  потреб. (у вигляді діжки - там  де найменша дошка, там починає виливатися вода)

Закон Шелфорда  1913р. - Природним обмежуючим чинником існування  організму може бути як мінімальний  так і максимальний екологічний  вплив, діапазон між якими визначає величину витривалості (толерантності) організму до даного чинника. (еврібіонти - широкий діапазон існування; стенобіонти - вузький діапазон існування).

9. Поняття про популяцію. Типи популяцій.

Вперше поняття популяція  вжив Іогансен у 1905р.

Популяція - це група особин одного виду, що здатна до вільного схрещування, проживає на певній території протягом багатьох поколінь і відокремлена від інших подібних угрупувань.

Типи популяцій:

1) Мікропопуляція / елементарна - сукупність популяцій на невеликій однорідній території.