Общая экология Лекция 1

Вид материала

Лекция

Содержание Наука об окружающей среде Лихачев Д.С Пол Эрлих Экология – наука о взаимосвязях Лекция Компоненты окружающей среды ( Лекция Биологические основы Экологии ( Т.е. она изучает влияние совокупности экологических факторов на один организм Экологические факторы ( Представители каждого вида способны жить только в определенной биотической среде, где связи обеспечивают нормальные условия жизн Глобальной экологии. Лекция Среда и условия существования организмов В середине ХIХ веке немецкий учёный Ю.Либих I- Климатические факторы ( В) микроклимат(экоклимат) II. Эдафические факторы III. Факторы водной среды. Популяционная экология Лекция Биосфера Организмы осуществляют нечто с физической точки невероятное». История развития биосферы ... Полное содержание

Подобный материал:

• Лекция №19. Общая экология Лекция №19 Тема: Биоразнообразие (Царство Животные), 107.84kb.
• Лекция №10. Общая экология 2 Лекция №10 Тема: Биоценозы, 109.82kb.
• Лекция №12. Общая экология 2 Лекция №12 Тема: Круговороты веществ, 102.71kb.
• Лекция 1 Что такое экология. Разделы экологии Термин «экология», 148.25kb.
• Лекция №20. Общая экология Лекция №20 Тема: Растительные ресурсы: рациональное использование, 108.7kb.
• Лекция №11. Общая экология 2 Лекция №11 Тема: Классификация и структура экосистем, 78.52kb.
• Рабочая программа дисциплины «общая экология» Код дисциплины по учебному плану опд., 171.77kb.
• Лекция №21. Общая экология Лекция №21 Тема: Животный мир: рациональное использование, 114.56kb.
• Рабочей программы учебной дисциплины «общая экология» Уровень основной образовательной, 35.65kb.
• Лекция №17. Общая экология Лекция №17 Тема: Биоразнообразие (царства: вирусы, дробянки,, 153.04kb.

Общая экология

Лекция 1

Современный взгляд на экологию (对环境的现代观点)

В настоящее время термин «экология» употребляется повсеместно. Не одно приличное (и неприличное) издание, СМИ не упустит возможности поговорить об экологии, выпустить статью со страшными фотографиями и заголовками типа «Экология Москвы ухудшается с каждым днём», или «Жить или не жить». Или «Продаём квартиру в районе с отличной экологией» и т.д.

Термин «экология» употребляется настолько широко и безграмотно, что вызывает негативную реакцию.

Термин «экология» Впервые был предложен в 1866г. (所谓“生态“，首次提出在1866年) Э.Геккелем (немецкий зоолог); он происходит от двух греческих слов «oicos (окос)- дом, Logos – наука». Таким образом, экология - наука о доме, местообитании. Изначально это была наука биологического цикла. Наука эта молодая. Сейчас существует довольно много определений экологии, но не все они являются синонимами: Сейчас существует довольно много определений экологии: «Экология», «Социальная экология», «Космическая антропоэкология», «Геэкология».

К середине XX века произошла быстрая экологизация всех отраслей естествознания и других наук, и экология превратилась в так называемый общенаучный подход к изучению различных проблем, фактически в современную философскую систему. Особое значение имеет социальная экология.

20 лет назад в России было 3 факультета экологии. Постепенно экономика столкнулась с необходимостью учитывать экологические закономерности развития в современных условиях. « Труд есть, прежде всего, процесс, совершающийся между человеком и природой, процесс, в котором человек своей собственной деятельностью опосредует, регулирует и контролирует обмен веществ между собой и природой» (Ф. Энгельс).

Экология превратилась из науки биологического цикла в область знания и философско-методологическую основу современной науки, а также философию и нравственную основу нашей жизни. Как область знания (это науки экологического цикла) она охватывает достаточно много наук: экологию человека, экологию растений, животных, микроорганизмов, социальную экологию, геоэкологию и различные прикладные науки типа экологической геохимии, геофизики и др.

Поэтому необходимо уметь ответить на вопрос «почему так происходит?», т.е. найти причинно – следственные связи в явлении. Наука об окружающей среде очень интегральна, т.е. в неё входят разделы совершенно различных областей знаний - это и биология, философия, демография, экономика и др. Различные области действительности, которые изучаются науками, рассматриваются под определённым углом зрения – как части взаимосвязанной среды, окружающей человека. Но эти части весьма взаимосвязаны не только природой, но деятельностью человека.

Приведём хотя бы один пример, поясняющий взаимозависимость проблем.

Строительство гидроэлектростанции на р. Катунь (Алтай, Россия)

Проблемы:

1. Геологические условия - ртуть.
   
2. Алтайцы – (60тыс. всего) – здесь проживает 50тыс. вынужденная миграция, растворение культуры, исчезновение уклада, языка, культур.
   
3. В зоне затопления исторические памятники – самые древние в Азии следы поселений – 800тыс.лет.
   
4. Экономические проблемы – строительство ГЭС, новые места жительства, потеря территории….
   
5. Социальные проблемы – проблемы рабочих мест, миграционные процессы, адаптация населения к новым условиям….
   
6. Повышение сейсмичности…..
   

Для СМИ, специалистов по связям встают немаловажные вопросы:

Как освещать в печати? Куда склонить мнения?

Для отдельного человека и Человечества в целом – домом, местообитанием является окружающая его среда (ОС).

Окружающая среда – это сложная система в которой обитает человек, она состоит из физической, биологической и социальной подсистем, в которой обитает человек. Все подсистемы в окружающей среде находятся во взаимодействии. Взаимосвязь отдельных частей функциональной системы происходит в результате взаимного обмена веществом, энергией, информацией. Человек воздействует на ОС своей деятельностью, (целенаправленно) преобразуя её, заодно преобразуется сам.

В системе – происходит взаимосвязь её частей через обмен веществом, энергией, информацией.

Наука об окружающей среде является интегральной наукой о среде, условиях существования человека и о взаимоотношениях человека со средой обитания (что и является предметом её исследования) - среда, условия, взаимоотношения.

А поскольку мы говорили об охране окружающей среды – термин Окружающая среда, дадим ему определение

Окружающая среда как система.

环境是一个系统

Окружающая среда – все внешние: физическая, биологическая и социальная система, в которой обитает человек. Окружающая среда представляет собой целостное и комплексное образование со множеством взаимодействующих компонентов и объектов. Это и природная среда, и искусственная, созданная человеком, явления и процессы связывающие их, включая социально – экономические отношения и все это в историческом их развитии.

Только взаимодействие различных компонентов соответствует понятию окружающая среда (ОС)

Значит охрана окружающей среды – это наука о сохранении, т.е.жизнеспособности и динамического равновесия системы с использованием природных ресурсов.

Окружающая среда находится в развитии. Какая ОС – развивающаяся или нет? Да. Благодаря включению человека динамичность, скорость развития (оно может идти прогрессивным и регрессивным путём) увеличивается. А любое развитие – это обмен энергией, информацией и веществом.


Лихачев Д.С.: «Экология – не междисциплинарная наука, а проблема человеческой культуры в целом. Причины гибели биологических, экологических систем и человеческих культурных ценностей одни и те же, они в главном – культурном уровне общества, в частности, в его нравственной культуре»

Пол Эрлих (американский биолог, автор книги «Демографический взрыв»): «Наша ОС – единственная в своем роде «кожа» из почвы, воды, минеральных питательных веществ и живых организмов, покрывающая ни в чем остальном не примечательную планету». «Стремясь использовать технику и изобретательность человека для удовлетворения наших ближайших потребностей, мы превратили ОС в пороховую бочку, как в материальном, так и социальном смысле». Как мы знаем, « кожа» заболела раком, и возникает вопрос, излечима ли эта болезнь.

Е. Одум 1968 –экология – наука о строении и функции природы в целом.

Экология – наука о взаимосвязях в этой системе и сохранении динамического равновесия (т.е. жизнеспособности) системы с использованием природных ресурсов (生态- 在环境的相互作用的科学可行性和保护自然资源的使用)

Уровни воздействия на живой организм и уровни (4) и соответствующие им виды охраны окружающей среды:

1. Молекулярно – генетический уровень.

2. Онтогенетический уровень (отдельный организм)

3. Популяционный и биоценологический (сообщества и местообитания)

4. Биосферный.

Комплексный характер экологических проблем.

环境问题的复杂性

В первую очередь необходимо отметить, что существует очевидная Связь экономики и экологии (经济与生态的关系)

Возникновение экологических проблем часто связывается с растущим спросом на ограниченные ресурсы и загрязнением ОС вследствие роста уровня жизни сравнительно богатых народов. Поэтому можно сказать, что сегодняшние экологические проблемы являются как результатом недостаточного развития экономики, так и неблагоприятных для ОС (окружающей среды) последствий экономического развития, происходящего без учёта экологических факторов. Отдельные регионы планеты, находящиеся на различных ступенях экономического развития испытывают различные трудности: для развивающихся стран – это традиционная нехватка пищевых продуктов и т.д., для развитых - перспектива конечности природных ресурсов и загрязнение природной среды.

1. Рассмотрим проблему увеличения производства продуктов питания. Стремление получить больше сельскохозяйственной продукции стимулирует создание искусственно монокультурных систем, взамен естественных. Но монокультуры более уязвимы для сорняков, вредителей, болезней, чем природное разнообразие растений, они более чувствительны к изменению климата.
   

Избирательное уничтожение или существенное уменьшение количества возобновимых природных ресурсов нарушает тонкие и сложные связи в природных экологических системах, что приводит к их разрушению и деградации. Искусственные системы не так стабильны, как естественные. Для повышения их устойчивости приходится использовать химические средства защиты.

В последние десятилетие решение продовольственной проблемы связывалось с «зелёной революцией» (начало – 70-е годы) - т.е. с выведением новых высокоурожайных сортов растений. Однако «зелёная революция» требует огромного количества удобрений, которые вызывают следующие экологические последствия: загрязнения почв, поверхностных и подземных вод. Попадание в продукты питания, в дыхательные пути, отравление мирового океана и т.д.

(2) Кроме того: любое повышение человеком продуктивности экосистем приводит к увеличению затрат на поддержание их в стабильном состоянии, вплоть до какого-то предела: т.е. когда дальнейшее повышение продуктивности становится невыгодным из-за чрезмерного роста затрат. Т.о. необходимо стремиться не к достижению max, а некоторого компромиссного – оптимального варианта. Для компенсации 1% снижения плодородия почвы для сохранения прежней урожайности культур необходимо увеличить затраты на 10%.

(3) Можно получить неограниченное количество промышленных товаров, но встанет проблема загрязнения среды и истощение ресурсов. Развитие энергетики (в т.ч. атомной) может дать бесконечно большее количество энергии, но возникнет проблема «перегрева биосферы», теплового загрязнения, захоронения отходов, риск радиационного загрязнения.

(4) Если цивилизации свойственно max увеличивать продуктивность, то природе свойственно стремиться к max стабильности, и цели эти несовместимы. (Противоречия).

(5) Сжигание огромного количества топлива, вырубание лесов, загрязнения нефтепродуктами и пестицидами океана ведёт к гибели в нём организмов, основных поставщиков кислорода в атмосфере – уменьшение О2 !

(6) Отмечается весьма беспокойный эффект синергизма: при введении в среду двух и боле веществ. Так ДДТ мало растворим в морской воде – но очень хорошо в нефти, поэтому нефть концентрирует ДДТ в поверхностном слое воды, общее влияние превосходит влияние каждого вредного вещества по отдельности.

Как все эти противоречия разрешить? Необходимо учитывать основные принципы природы, и не нарушать их.

Барри Коммонор (1966г.) 4 принципа:

1. В природе всё связано со всем.
   
2. Природа лучше знает, что делать.
   
3. Всё должно куда-то деваться.
   
4. Ничто не даётся даром.
   

Таким образом:

Экологические проблемы в значительной степени связаны с:

Демографической ситуацией

Растущим спросом на ограниченные ресурсы

Загрязнением ОС

Бедностью и дифференциацией экономических и социальных условий

Отсутствием экологической культуры

Недостатком экологических знаний

Распределение Территории.

12% - земледелие

25% - пастбища + окультурено

3% системо транспорта, связи, населённые пункты

1-1,5% разработки полезных ископаемых

(Извлекаем 100миллиардов тон полезных ископаемых - 25т.на человека).

40-42% - территории под мощным антропогенным воздействием

20га/мин исчезновение тропических лесов

Для сохранения вида популяций должно быть животных 200-300;

насекомых 100000-100000

1/3 территории планеты должна быть заселена, а 2/3 заняты природными экосистемами.

Лекция

Компоненты окружающей среды (环境的组成部分): природные (自然) и антропогенные (人工)

Окружающая среда как система (环境是一个系统)

Компоненты окружающей среды (ОС).

Физические компоненты (环境是一个系统) ОС : а) естественные (природные) б) искусственные).

Естественные компоненты входят в природную среду

Связаны а) с космическими факторами: положением Земли, как 3й планеты Солнечной системы, генезисом, т.е происхождением Солнечной системы, с происхождением планеты, эволюции, изменения её состава. Вы знаете как мы получили твердь земную и кислород? А кода это было? Как произошли горы и реки. А на чём мы сейчас живём. Ведь это всё история создания физических компонент. Это целая увлекательная история. Ну, так что мы получили в результате?

Физическая подсистема

Естественные компоненты 天然成分

1. Геологическое строение местности (территории) (地质构造的领土). От этого зависит рельеф, почвы, растительность, полезные и опасные для человека явления, затраты труда на строительство, жильё и производство продовольствия, наконец, сама жизнь
   
2. Географическое положение (地理位置的领土)
   
3. Рельеф (救济)
   
4. Климат (气候)
   
5. Минеральные ресурсы (矿产资源)
   
6. Энергетические ресурсы (能源资源)
   
7. Водные ресурсы (水资源)
   
8. Атмосфера (空气气氛)
   
9. Космическое пространство (空间)
   

Искусственные компоненты (人工组件): 1)создание искусственных материальных тел: машин и орудий; зданий и сооружений: города, дороги, аэродромы. 2) синтетические материалы не существующих в природе (пластмассы) качества, полезные со своей точки зрения, 3) Гидротехнические сооружения.

1.Искусственные материалы (合成纤维)

2. Материальные тела – машины, (物质的身体，机器)

3. Искусственный рельеф (人工救援)

4. Гидросеть (водохранилища, каналы) (水库和水通道)


Биологическая подсистема (生物子系统)

1. Микроорганизмы
   
2. Флора
   
3. Фауна
   
4. Грибы
   

Взаимосвязь подсистем происходит через процессы:

1. Геологические
   
2. Атмосферные
   
3. Гидросферные
   
4. Биосферные
   

Физико – биологические компоненты

1. Выделим прежде всего ПОЧВУ (土壤).

Период развития сотни - первые тысячи лет.

Прежде всего средство производства пища!!!

Плодородие регулирует плотность и численность населения. Важная роль принадлежит почве в формировании приповерхностного водного баланса, солевом обмене.


Лекция


Биологические основы Экологии (生态生物学基础)

Основные понятия и предмет исследования.

Экология- наука, изучающая отношения организмов с окружающей средой.

«В идеале она стремиться раскрыть и познать всё многообразие взаимосвязей между населяющими нашу планету животными, растениями и средой их обитания. Естественно, эта наука далека от решения такой задачи. К тому же существует сомнение, можно ли её решить вообще» ( Ф. Дрё, 1976, Экология).

Термин « экология» впервые ввёл знаменитый немецкий учёный (所谓“生态“首次提出了著名的德国科学家) Эрнст Геккель (1834-1919) в 1866 г. в своём основном труде «Всеобщая морфология» , образовав от двух греческих слов «oicos») –дом, и «logos»-наука, т.е. наука о местообитании.

Чисто экологические исследования начали появляться в начале ХХ в.в., а в последние десятилетия получили громадный размах. Огромное значение экологии поняли лишь недавно.

Долгое время человек нещадно эксплуатировал природу, считая, что она неистощима и, что его действия только улучшают её. Это - примитивное представление, распространённое среди малочисленных народов, лишенных мощных средств воздействия на природу, а мы это представление унаследовали.

Использование природных богатств человеком осуществлялось, к сожалению, при полном незнании законов природы. Поэтому оно часто приводило к тяжелым и непоправимым последствиям.

Для того, чтобы правильно строить взаимоотношения с природой, человек должен знать её законы и не нарушать их, Отсюда внимание к экологии.

Поскольку природная среда очень сложна, то приходится выделить несколько её уровней, по принципу «от простого - к сложному». В соответствии с этими уровнями экология делится на несколько разделов.

Структура экологии (环境的结构)

4-х мерная структура, соответствующая различным уровням биологической организации.

I- организм

II-популяция

III-сообщество, ассоциация, экосистема

IV-совокупность экосистем

Соответственно в экологии выделяются:

аутэкология

популяционная экология - экология вида.

синэкология( sun-***)

глобальная экология


АУТЭКОЛОГИЯ- (от англ. –aut-вне)- изучает взаимодействие отдельных представителей одного, как бы « изолированного вида» с окружающей средой.

Т.е. она изучает влияние совокупности экологических факторов на один организм, или на один вид организмов, и ответные реакции организма на действие этих факторов, как будто бы вокруг других видов не существует. (Т.е. первоначально изучаются отдельные особи вида, а затем особи в составе популяции таких особей, т.е. мы будем иметь дело не с одиночкой, типа Робинзона Крузо, а члена однородного общества. (Естественно, его окружающая среда измениться, особи вступают во взаимоотношения с такими же особями и начинают размножаться).

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ (环境因素)

1. Абиотические - факторы неживой природы.( 无生命的因素)

Могут быть физические (t, влажность, давление, свет…) и химические (состав подземных вод, состав почвы, газовый состав атмосферы и т.д.)

2. Биотические - факторы, обусловленные живой природой, (野生动物因素) совокупность влияний, оказываемых на организм жизнедеятельностью других организмов.

Непосредственно живое окружение организма составляет его БИОТИЧЕСКУЮ среду.

Представители каждого вида способны жить только в определенной биотической среде, где связи обеспечивают нормальные условия жизни

3. Антропогенные факторы – связаны с деятельностью как отдельного человека, так и общества в целом.

Популяционная экология (种群生态学)

Популяционная экология изучает влияние экологических факторов на популяцию (совокупность особей одного вида) в течение ряда поколений, населяющих определенное пространство объединенных взаимным скрещиванием (панмиксией), имеющих сложившиеся внутренние и внешние пространственные и пищевые связи.

Т е на каждую отдельную особь действуют абиотические факторы, биотические, но в целом взаимодействия внутри популяции отличаются от поведения отдельно взятых особей, тут появляются иные проблемы, одни из наиболее важных – демографические, социальные и др.

Популяция – (от франц. population – население) – это материальная форма существования вида. Каждый вид популяции имеет присущие ему характеристики, как качественные, так и количественные. Основные: численность и плотность, тесно связанные с рождаемостью и смертностью, определяющие в конечном счете баланс численности. В популяциях животных эти показатели зависят от эмиграции и иммиграции (миграции). Миграции обеспечивают убыль и пополнение популяций перемещения в пространстве. Для существования популяции большое значение имеет: возрастной состав, продолжительность жизни, период достижения половой зрелости и способность к размножению.

Каждому виду растительных и животных популяций присущи: оптимальная плотность, отклонение от которой отрицательно сказывается на жизнедеятельности отдельных особей и состояния популяции в целом. Например, резкое увеличение численности свойственно некоторым грызунам, насекомым и растениям.

Т о важнейшей задачей популяционной экологии является изучение условий формирования популяций, их возрастной, половой структуры др. показателей и свойств.

Синэкология

Синэкология (греч. sun – вместе) или биоценология – изучает сообщества, ассоциации и популяции различных видов животных, растений и видов организмов, образующих биоценоз (греч. bios – жизнь, koinos – общий) (探索社区协会和动物，植物不同物种的种群数量和生物群体biocaenosis).

Биоценоз – это (организованная) группа популяций растений, животных и микроорганизмов, приспособленных к совместному обитанию в пределах определенного объема пространства. Биоценозы представляют собой исторически сложившееся сообщество организмов и являются частью более общего природного комплекса. Любой биоценоз занимает определенный участок абиотической среды биотоп (от греч. topos – место). Биотоп – это пространство с относительно однородными условиями, заселенное определенным сообществом организмов.

Биогеоценоз (родоначальник направления В. Н. Сукачев) – совокупность определенных абиотических (физических) компонентов природных явлений (атмосферы, горной породы, растительного и животного мира, микроорганизмов, почвы, гидрогеологических условий, взаимодействующих между собой и имеющих определенный тип обмена веществом и энергией в ограниченном объеме пространства).


Биогеоценоз Складывается из: 1) фитоценоза – устойчивые сообщества растительных организмов.

2) зооценоза – совокупность взаимосвязанных видов животных.

3)микробиоценоза – сообщества микроорганизмов.

4) почвенных условий (эдафотопов).

5) климотопов.(климатических условий)

6) геотопов (геологических условий).

Биогеоценоз представляет собой взаимодействие неорганических неживых (косных) и живых (биотических) компонентов.

В современной литературе вместо термина « биогеоценоз» используется понятие «экосистема».

Биоценоз и биотоп рассматриваются, как два элемента, образующих более или менее устойчивую экологическую систему. Она относительно стабильна во времени и открыта в термодинамическом отношении.

Т.Е. ЭКОСИСТЕМА - взаимосвязанная единая функциональная совокупность организмов и абиотической среды.

Биогеоценоз и экосистема - сходные понятия, но биогеоценоз рассматривают, как систему, всегда имеющую определённые границы (часто ограниченные границами фитоценоза), что конечно относительно.

Например, конкретное болотные, лесные, луговые и т.д. Экосистема - может охватывать пространство любых размеров( безразмерная), более ёмкое понятие.

Например, это может быть муравейник, город, аквариум, планета, даже Солнечная система и т.д.

Таким образом, мы подошли к понятию ГЛОБАЛЬНОЙ ЭКОЛОГИИ.

ГЛОБАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ - занимается изучением взаимодействий экосистем (биогеоценозов), образующих биосферу Земли, или глобальную экосистему.

Экология наука будущего, и возможно, само существование человека на нашей планете будет зависеть от её прогресса. Экология может приносить пользу и в теоретическом и практическом отношениях.

С её помощью можно не только предсказывать угрожающие нам катастрофы, но, что гораздо более трудно, определять, какие меры можно предпринять в тех случаях, когда беда уже пришла в результате необдуманного воздействия на природу

Лекция

Среда и условия существования организмов

(环境与生物体的存在条件)

Экологические факторы (环境因素)

1. Абиотические факторы( факторы неживой природы) (无生命的因素)

Абиотические факторы прежде всего изучаются в аутэкологии.

Организм, чтобы жить в тех или иных условиях должен иметь вещества необходимые ему для роста и размножения. Основные потребности у разных видов организмов и в разных условиях различны.

В середине ХIХ веке немецкий учёный Ю.Либих показал, что растения можно выращивать в искусственных средах, но при этом для роста необходимо определённое кол-во химических элементов. Причем, одних нужно много, других- мало. Но одни элементы не могут быть заменены другими, Нехватка одного единственного элемента вызывает остановку роста (т.е. меньше min). Это открытие Либих назвал законом минимума, который играет важную роль в аутэкологии, и имеет более общее значение.

Если все факторы среды благоприятны, а один неблагоприятен, то этот фактор называется лимитирующим (ограничивающим), и он приобретает решающее значение для жизни и смерти рассматриваемого организма, а следовательно его присутствии или отсутствии в данной среде. Этот закон работает, прежде всего, для стационарного состояния системы.

Проведенная со времен Либиха огромная работа показала, что для успешного проведения данной концепции на практике к ней надо добавить два вспомогательных принципа. Первый – ограничительный: закон Либиха строго применим только в условиях стационарного состояния, т.е. когда приток энергии и веществ балансируется их оттоком. Второй вспомогательный принцип касается взаимодействия факторов.

Абиотический фактор переносится организмом в определенных пределах. (对身体的影响因素是转移到他们在一定范围内)

Например t C

Численность популяции изменяется в зависимости от температуры: 1 -зона смерти, 2 - пониженной жизнедеятельности, 3 - оптимальный интервал.

Рис.1



Общий закон биологической стойкости ( по Ламотту)

Для одних организмов эти пределы очень узкие (стеноэки), другие приспосабливаются к гораздо более изменчивым условиям (эвриэки).

Было введено понятие, которое характеризует приспосабливаемость организмов к условиям окружающей среды.


Экологическая валентность организма представляет собой его способность заселять разнообразные среды. (生态化的生物价是其领土的能力不同殖民)У стэноэков она мала, у эвриэков, наоборот, высока.

Среди абиотических факторов на первом месте по значимости находятся те, которые имеют универсальное значение.

I- Климатические факторы (气候因素)

Климат делиться:

А) макроклимат( региональный, например Средиземноморский)

Б) мезоклимат (местный)- с разных сторон горы

В) микроклимат(экоклимат)- действующий на уровне среды обитания организмов ( например, под камнем или рядом с ни будут обитать разные насекомые)

Прежде всего следует выделить следующие:

1.Температура (温度)

Наиболее важный для всех организмов фактор. Из-за свойств протоплазмы все живые существа, в основном, способны жить между 0градС и 50градС. Но есть исключения, которые могут выносить экстремальные t вне этих пределов, они обладают спец. приспособлениями. Например, в Калифорнии рыба Cyprinodon maculares населяет воды с t=52.

Бактерии и сине-зеленые водоросли обошли всех (Oscillaria) населяют горячие источники с t= 85.С.

Некоторые живые организмы выдерживают отрицательные t ( например, клещ в Антарктиде ночью находится в анабиозе, днем восстанавливает подвижность). Но есть такие, как и человек, которые поддерживают постоянную t тела (млекопитающие, птицы, позвоночные: пингвины, белые медведи, олени).

У растений есть свои способы приспосабливаться к изменяющейся t.

Несколько правил по отношению к животным.

Правило Бергмана

В пределах вида или достаточно однородной группы видов животное с более крупным размером тела встречается в более холодных областях (ему легче поддерживать t=const). Здесь можно отметить медведей, собак, тигров.

Правило Алена: придатки тела (уши, хвосты, лапы) тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат.

Правила мехового покрова: чем холоднее климат, тем гуще мех. Например: тигр индийский и дальневосточный (акклиматизация).

2. Влажность (湿度)

Уступает t, но тоже очень важный фактор. На протяжении большей части истории живой природы, органический мир был представлен исключительно водными формами организмов. Завоевав сушу, он не утратил зависимости от воды. Показательно, что сухопутные животные вынуждены создавать в своем теле искусственную водную среду для оплодотворения, а это приводит к тому, что оно становиться внутренним.

3. Свет (光)

По экологической важности намного уступает t и влажности. Но он абсолютно необходим живой природе, т к служит для нее единственным источником энергии, запускает те или иные биологические механизмы (солнцелюбивые и теплолюбивые растения. Пример: обычно свет мы связываем непосредственно с солнцем, но близ островов Полинезии существуют, употребляемые в пищу, морские черви «пололо», которые появляются на поверхности океана в огромных количествах в течение первой лунной четверти, в октябре – ноябре, когда у них происходит кладка яиц. Удалось установить, что пусковым механизмом для начала кладки служит появление ночного лунного света.

4. Вторичные климатические факторы.

Атмосферное давление, ионизация воздуха и электрическое поле, электромагнитные поля космического и земного происхождения, ветер (комары не могут летать, если ветер имеет скорость более 12 км/ч).

II. Эдафические факторы

К эдафическим факторам относится вся совокупность физических и химических свойств почвы, способных оказывать экологическое воздействие на живые организмы. Уступая по своему значению климатическим факторам, они играют важную роль в жизни организмов, которые тесно связаны с почвой (структура, состав, влажность, засоление).

III. Факторы водной среды.

Физико-химические свойства воды:

а) высокая теплоемкость, инертность, стабильность среды;

б) лед легче воды;

в) наибольшая плотность при +4градС;

г) соленость.


Основные Биотические факторы взаимодействия

а) внутривидовые;

б) межвидовые.

Популяционная экология изучает внутривидовые биотические факторы. Прежде всего, областью её интереса являются демографические факторы:

а) изменение численности популяции во времени;

б) численность и плотность популяции;

в) соотношение полов: для эволюции популяции большое значение имеет число самок;

г) продолжительность жизни (и не просто жизни, а периодов: периоды - предрепродукционный, репродукционный и пострепродукционный. (у овец 1, 7, 7 лет);

д) Плодовитость:

Низкая плодовитость отличает те виды, которые проявляют большую заботу о потомстве (птицы, млекопитающие). Например, рыбы откладывают миллионы икринок, насекомые откладывают несколько сот яиц. Такая плодовитость компенсирует массовую гибель зародышей. Коэффициент рождаемости для человека 3,64 на 100 жителей в год;

е) Смертность.

У различных видов смертность в зависимости от возраста различна.

Рис. (человек, дрозофила, устрица, гидра);

ж) Этологические факторы ( поведения).

Это особенности поведения, которые способны оказывать влияние на биотические факторы (у животных с развитой психикой) Например, брачная церемония, групповой эффект, конкуренция.

Синэкология: изучает, прежде всего, межвидовые биотические факторы.

Каждый вид обладает своей экологической нишей.

Экологическая ниша - совокупность экологических характеристик вида: местообитание, пища, место для размножения, сопротивление факторам среды, соотношение между конкурентными или враждебными видами, т.е. все условия существования.

Правило: два вида, обитающие на одной и той же территории, не могут иметь совершенно одинаковые экологические ниши.

Пример. Во Франции несколько видов дятлов (едят насекомых, живут в дуплах). Но они имеют разную специализацию.

По питанию: большой пестрый дятел добывает пищу в стволах деревьев, средний- в крупных верхних ветвях, малый- в тонких веточках.

Взаимодействие между видами, населяющими одну территорию могут быть отрицательными, положительными и нейтральными.

Конкуренция: отрицательное воздействия, (например деревья в лесу- растут вверх, форма листьев для улавливания света)

Положительное взаимодействие: когда оба или несколько видов извлекают пользу из сожительства, такая кооперация называется СИМБИОЗОМ.

Например, лишайники: симбиоз гриба с водорослью.

Гриб защищает водоросль, а водоросль его кормит. Практически невозможно эти виды культивировать отдельно. « Клубеньки « из бактерий, фиксаторов азота на корнях бобовых и деревьев. Они вырабатывают нитраты из азота воздуха, а растения- углеводы.

Симбиоз – характерная форма существования организмов в биосфере, распространенная главным образом в условиях неблагоприятных для жизнедеятельности. Лучше всего это видно на примере лишайников: если для земли, в целом, отношение числа видов лишайников (16 тыс.) к числу самих растений (160 тыс.) составляет 0.1, то для о. Явы – 0.06, Исландии – 1, а для Антарктида – 175.

Обрадуется симбиотрофный организм.

Например ресничные черви Convoluta Rosco Bfensis, встречающиеся в огромных кол-вах у берегов зап. Франции, вылупившись из яйца заглатывают микроскопические зеленые водоросли, которые, оставаясь живыми, проникают через стенки их кишечника в полость тела. Из-за множества поглощенных водорослей черви приобретают ярко-зеленую окраску. Водоросли, как и полагается занимаются внутри фотосинтезом и снабжают своих хозяев пищей. В результате ротовое отверстие становиться ненужным и отрофируется. Учитывая интересы своих «кормильцев» (без фотосинтеза теперь не проживешь) черви ведут активный образ жизни в воде, а на ночь зарываются в песок. По существу, все высшие животные представляют собой не организмы, а надорганизмы.


Эксплуатация: паразиты и хищничество.

Когда два вида связаны таким образом, то разрушительный эффект незначителен, если оба вида развивались вместе в среде стабильное долгое время; оба вида начинают вести такой образ жизни, который обеспечивает длительное существование хозяина и жертвы.

Действие оказывается совершенно разрушительным, приводит к полному исчезновению жертвы, если два вида стали контактировать недавно или резко изменилась среда (человек этому способствует).

Отношение между видом и пищей

Например леминги и белая сова (изменение численности)

Изменение среды: например, закрепление дюн сосной. Дождевые черви способствуют аэрации, проникновению воды, улучшает плодородие. Состав 1 га пашни-300 000 червей9 масса 100 кг) пропускает через себя массу земли в 100 раз больше, т.е. 10 т*га.

Типы взаимосвязей между популяциями, видами на одно территории и в пространстве:

1) нейтрализм, при котором ассоциации популяций не сказываются ни на одной из них.

2) взаимное конкурентное подавление, при котором популяции подавляют друг друга.

3) аменсализм, взаимодействие, при котором одна популяция подавляет другую, но сама не испытывает отрицательного влияния.

4) паразитизм. Хозяин – паразит (отбор не ведет).

5) хищничество, при котором одна популяция неблагоприятно воздействует на другую, в результате прямого нападения, но, тем не менее, зависит от другой.

6) комменсализм, при котором одна популяция извлекает пользу из объединения, а другой это безразлично.

7) протокооперация, при которой две популяции получают преимущество при объединении.

8)мутуализм, при котором связь популяций благоприятна для роста и выживания обеих.


Лекция

Биосфера

生物圈

生活在这个星球上跨度


Автор термина «биосфера» (1875г) Эдуард Зюсс (1831 – 1914 ) писал: « Одно кажется чужеродным на этом большом, состоящем из сфер небесном теле, а именно - органическая жизнь... На поверхности материков можно выделить самостоятельную биосферу»... Но не он явился автором современной концепции учения о биосфере.

Современная концепция сформулирована В.И. Вернадским в небольшой книге «Биосфера» впервые вышедшей в Ленинграде в 1926г. тиражом всего 2тыс. экз. (Этим чисто научным трудом, зачитывались Пришвин, Заболоцкий). В своих работах Вернадский подчёркивал «всюдность жизни». На основании исследований он (а позднее и другие) показал исключительную важность живых организмов в протекании геохимических процессов на поверхности нашей планеты и в их огромную роль в формировании облика Земли.

Особенность жизни заключается не только в ускорении химических реакций в живом веществе, но в том, что некоторые реакции вне организма вообще не происходят при нормальных температурах и давлении.

Л.С.Берг: « Организмы осуществляют нечто с физической точки невероятное». Так жиры и углеводы окисляются в организме при t ~ 37⁰C, а вне его при t ~ 400-500^oC. Синтез аммиака из молекулярного азота в промышленных условиях осуществляют при t^o ~ 500^оС и Р = 300-350атм. А микроорганизмы без труда проводят эту реакцию при нормальных t и Р. Катализатор – фермент.

Биосфера – глобальная система со «входом» и «выходом». Вход – энергия, вещество, выход – продукты деятельности живого вещества, которые ускользнули из биотического круговорота на, иногда на многие миллионы лет (выход в геологию).

Саморегулируемая кибернетическая система – биосфера. В Мировой океан реки ежегодно вносят в океан 1,5млн.т. СаСО₃, а солевой состав океана не меняется – организмы используют эти карбонаты (скелеты….), а после отмирания карбонаты осаждаются на дно.

Саморегуляция биосферы (自律生物圈) обеспечивается живыми организмами. Это позволяет считать биосферу централизованной кибернетической системой.

Согласно закону необходимого разнообразия Эшби кибернетическая система только тогда обладает устойчивостью для блокирования внешних и внутренних возмущений, если имеет достаточное внутреннее разнообразие. (Сейчас в биосфере около 2млн. видов живых организмов (макро), а всего было не менее 1млрд).

Биосфера - фабрика «макромолекул» (生物圈是一种大分子厂).

Основными элементами участвующие в биосферном круговороте являются: H, C, O, N, P, S, Ca, K, Si, , Sr, Ba, Fe, Mu, Zn, Mo, Cu, Ni.

Круговороты элементов, вызванные деятельностью живых организмов, называются биологическими (или биогеохимическими) циклами. Глобальный биогеохимический круговорот не является замкнутым.

В биосфере существует так называемая биогенная миграция химических элементов (т.е. перемещение ), что связано с жизнью организмов (их дыханием, питанием, размножением, смертью). Живые организмы аккумулируют солнечную энергию, превращают её в химическую.

Всё живое вещество обновляется за 8лет (через живое вещество может пройти весь объём различных элементов биосферы), фитомасса суши за 14лет, фитомасса океана – каждый день, а всё живое вещество океана за3 3дня. Все воды – 2800лет. В атмосфере кислород за 2 тысяч лет, а СО₂ – за 300 лет. . Первичная атмосфера состояла из: СО, СО₂, N₂, метан (СН₄) аммиака.

История развития биосферы, конечно, сопряжена с развитием живого вещества. Возраст Биосферы Земли около 3,5 млрд лет. Можно сказать, что краеугольный камень в построение современной биосферы был заложен 2 миллиарда лет назад, когда появились первые организмы, которые могли синтезировать (образовывать) из неорганических веществ органические, используя энергию солнца или химических реакций и углекислый газ, выделяя свободной молекулярный кислород (автотрофные организма).

1. Первые организмы – цианобактерии – сине-зелёные водоросли. Их функции: Разложение углекислоты, фиксация С, выделение О₂. важно – накапливали N. (усваивали и накапливали) – необходимый элемент в построении белков, нуклеиновых кислот и пр. Атмосферный азот могут усваивать только сине-зелёные и некоторые бактерии, хотя его 78%. Азотфиксирующие бактерии (нужд. в условиях). Сине-зелёные фиксируют N в любом месте и при любых обстоятельствах.
   

Биосфера – планетарная оболочка Земли. Биосфера представляет собой оболочку жизни – область существования живого вещества» (Вернадский).

Биосфера – одна из геологических оболочек Земли, отличительная черта которой – участие во всех процессах живого вещества ( в круговороте энергий, масс)

Современная биосфера - это целостная сложная саморегулирующаяся система, включающая в себя 4 основных компонента:

1. Живое вещество или биоту ( живая плёнка, живой покров, витасфера). Это сфера живых, ныне существующих организмов.
   
2. Биогенное вещество (или области «белых биосфер») т.е. продукты жизнедеятельности живых организмов – гумус, уголь, нефть, торф. (органические вещества в основе)
   
3. Биокостное вещество: осадочные породы, приземная атмосфера и т.д. созданные ранее организмами , но неорганического состава.
   
4. Косное вещество: Количественное соотношение массы неживого и живого вещества оценивается 1: 10^-7 , но живое вещество весьма активно и быстро воспроизводится. Состав живого химического вещества 65 – 70% -кислород 10% - водород, далее углерод, кремний, Al, Fe, Ca (60 элементов).
   

Живое вещество состоит (地球的物质生活):

Растений 380 – 440тыс.(1*10¹³тонн), видов, животных – 1300 – 1340тыс.

Процветающей группой животных являются членистоногие, особенно насекомые, число видов которых свыше 1миллиона.

По биомассе: в %

Континенты: зел. Раст – 99,2%, животные и микроорганизмы -0,8%

Океаны , зелёные растения – 6,3%, животные и микроорганизмы 93,7%.

60% всего живого вещества биосферы приходится на зелёные растения суши (цветковые).

Биота планеты Земля.

• Все живое вещество по своей массе занимает ничтожное место по сравнению с любой из верхних геосфер Земли, по современным оценкам эта масса равна 2420 млрд.
  

По своему активному воздействию на окружающую среду биота качественно резко отличается от других неорганических природных образований биосферы.

Условия существования живого вещества – Границы:

1. достаточное количество СО₂ и О₂;
   
2. достаточное количество Н₂О (обязательно в жидкой фазе!)
   
3. благоприятный термический режим (белки, ферменты)
   
4. наличие «прожиточного min» минерального питания
   
5. солёность водной среды (концентрация свыше 270г/л)
   

Основные функции живого вещества биосферы

对生物圈的生活问题的主要职能

1. Энергетическая: - поглощение солнечной энергии при фотосинтезе, - поглощение химической энергии при разложении, - передача энергии по ….цевой цепи.
   
2. Концентрационная: - накопление определённых видов вещества в ходе жизнедеятельности.
   
3. Деструктивная: - разложение неживого вещества (сложных органических соединений до более простых, разрушение минеральных веществ).
   
4. Средообразующая: - преобладание физико-химических параметров среды.
   
5. Транспортная: перекос вещества против направления силы тяжести и в горизонтальном направлении.
   

Пространственное строение биосферы

Толщина 30-40км в атмосферу до озонового слоя (экрана). Нижняя граница: ограничивается изотермой +100^оС на суше 3-5км. В Мировом океане вся водная толща до глубины 12км. Вертикальный разрез биосферы состоит из3х ярусов и определяется физическим соотношением основных составляющих: твёрдое, жидкое, газообразное.


Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы является круговорот веществ (是物质循环) и превращение энергии. Существуют 2 кругооборота – большой или геологический и развивающийся на его основе – малый биотический.

В биосфере основа – биотический круговорот вещества, который отрабатывался более 2 миллиардов лет в процессе эволюции.

Источником энергии для осуществления этой работы (а круговорот – это работа), как вам известно является Солнце (Общий приток энергии 5*10²⁰ккал/год. 1/3 – суша, 2/3 – океан.

Фотосинтез – процесс перехода солнечной, световой энергии в химическую при образовании растительного органического вещества из воды, растворённых в ней минеральных элементах, и углекислоты атмосферы.

Непрерывность и замкнутость обеспечивается всеми звеньями экосистем, особенно деструкторами.

Энергия Солнца трансформируется на каждом этапе биотического круговорота. Непосредственно потребляют солнечную энергию только зелёные растения и водоросли (фитопланктон).

Биосфера, как совокупность экоситем, представляет собой наивысший уровень организации живого вещества на Земле.

НООСФЕРА

地球的球体的原因

В.И.Вернадский о ноосфере

Вернадский создал не только учение о биосфере но и сделал совершенно удивительное открытие – нашу планету впереди ждёт ещё одна революционная перестройка – превращение биосферы в ноосферу, поскольку человек становится основой геологообразующей силой планеты (т.е. уже не просто живое вещество, а человек выделяется из живого вещества). В.И.Вернадский состоит увидел возможность перехода биосферы в качественно новое состояние, которое он назвал ноосферой. Т.е. история развития земной оболочки (биосферы) привела её к рубежу перестройки столь же кардинальной, как та, которая произошла при рождении биосферы..

Ноосфера – целостная геологическая оболочка Земли, заселённая людьми и рационально преобразуемая ими.

Не зная тех фактов, которые нам известны теперь, Вернадский сделал такой вывод: человечество сможет обеспечить свою будущность (т.е. будущее) только в том случае, если оно возьмёт на себя ответственность за развитие биосферы в целом (и за развитие общества и природы. Т.е. люди должны суметь разумно направить развитие биосферы таким образом, чтобы свойства биосферы не вышли за те весьма узкие пределы, в которых только и может существовать биологический вид «человек разумный».

Но разумным это управление может стать только тогда, когда это будет разум всего человечества.

1. Т.е. должна произойти перестройка основных механизмов, которые прошедшие миллиарды лет управляли эволюцией биосферы.
   
2. Должен осуществиться переход в совершенно новое, и нам пока не известное состояние, где будут новые принципы эволюции, отбора, диктуемые человеческим разумом.
   

Тогда возникает вопрос: когда начнёт образовываться ноосфера, или она уже развивается? С нашей точки зрения:

1. С появлением человека разумного ноосфера не появляется.
   
2. Сегодня мы очень далеки от ноосферы, и лишь начинаем чуть-чуть осознавать необходимость перехода в новое состояние (в старом мы не выживем)
   
3. Кроме осознания такой необходимости необходимо выработать и начать приводить в жизнь (реализовывать) общепланетарную стратегию такого перехода.
   

Природные ресурсы биосферы

生物圈的自然资源

Природными ресурсами (自然资源) называются природные предметы и явления используемые или перспективные для использования в целях прямого (непосредственного) или непрямого (опосредованного) потребления человеком.

Существует много классификаций природных ресурсов, например по принадлежности к геосферам: ресурсы атмосферы, гидросферы, литосферы.

Полезно подразделение их на две большие группы и далее по их исчерпаемости (конечности).

1. Неисчерпаемые (不竭) – это такие ресурсы, которые в течение ближайших сотен миллионов лет на могут быть выработаны, при интенсивном их использовании.
   
2. Невозобновимые (невозобновляемые不可再生) – не восстанавливаются в процессе круговорота веществ в биосфере за время, соизмеримое с хозяйственной деятельностью человека. Эти виды ресурсов имеют конечные запасы, их пополнения невозможно из-за отсутствия условий в которых они возникли много миллионов лет назад (нефть, газ, руды, металлы и т.д.) Такие ресурсы требуют охраны – рациональном и максимально полном использовании, экономном расходовании, уменьшении потерь и т.д.
   
3. Возобновимые (возобновляемые可再生) - находятся в пределах биосферного круговорота веществ, способные к самовосстановлению за сроки, соизмеримые со сроками хозяйственной деятельности человека. Но они требуют охраны от расточительного и хищного их использования.
   

Возобновимые могут переходить в невозобновимые. Т.к. некоторые виды возобновляемых могут исчезать, теряя возможность к самовозобновлению. Для восстановления пахотного горизонта почвы требуется на 2см – 1тыс.лет – это при плохих условиях. Скорость потребления таких ресурсов не должна превышать скорость их возобновления.

Необходимо максимально возможное и научно обоснованное искусственное возобновление ресурсов – выращивание лесов, увеличение численности диких животных и рыб, и т.д.

Особенно необходимо сказать о воздухе и воде – без кислорода и загрязнённые они не нужны.

Природные ресурсы подразделяются и по их роли в жизнедеятельности человека.

1. Биологические ресурсы (生物资源) – обеспечивают жизнь (в биологическом смысле) человека, это воздух, вода, продукты растительные и животные.
   
2. Минеральные ресурсы (矿产资源) – которые обеспечивают потребность производственной деятельности в материалах.
   
3. Энергетические ресурсы (能源资源) – обеспечивают энергетические потребности человечества.
   

АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА БИОСФЕРУ

人类对生物圈的影响

С наступлением эпохи капитализма, а затем и научно-технического прогресса антропогенное воздействие на все элементы биосферы ускоряется и усиливается. Особенно это стало выражено со второй половины 20 века.

Можно выделить основные виды воздействия:

1. Разрушение и уничтожение естественных экологических систем различного уровня (Локальных, региональных, глобальных)
   
2. Создание искусственных экологических систем (водохранилища, сельскохозяйственные угодья и др.)
   
3. Загрязнение всех видов экологических систем и природных и антропогенных
   
4. Все три процесса обычно проявляются совместно в той или иной степени
   

Антропогенное загрязнение может быть материальным и энергетическим.