Курс лекцій для студентів неекологічних спеціальностей Миколаїв 2008 icon

Курс лекцій для студентів неекологічних спеціальностей Миколаїв 2008



Схожі
  1   2   3   4   5


МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

МИКОЛАЇВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

імені В. О. СУХОМЛИНСЬКОГО


кафедра біології

А.О.Руденко


ОСНОВИ ЕКОЛОГІЇ

Курс лекцій для студентів неекологічних спеціальностей


Миколаїв 2008.

Курс лекцій «Основи екології» складений відповідно до програми курсу, рекомендованої МОН України як нормативну для всіх неекологічних спеціальностей вищих закладів освіти і робочої програми з «Основ екології» для студентів неекологічних спеціальностей Миколаївського державного університету імені В.О.Сухомлинського.

Курс лекцій написаний кандидатом медичних наук, доцентом кафедри біології Руденком Анатолієм Олександровичем.


Рецензенти:

Кисельов А.Ф., кандидат медичних наук, професор, Миколаївський державний університет імені В.О.Сухомлинського.

Зюзін В.О., доктор медичних наук, професор, Миколаївський державний університет імені Петра Могили.


Курс лекцій розглянутий і схвалений кафедрою біології Миколаївського державного університету імені В.О.Сухомлинського.

Протокол засідання кафедри № від


Курс лекцій «Основи екології» схвалено і рекомендовано до друку вченою радою Миколаївського державного університету імені В.О.Сухомлинського.

Протокол № від


Основою для складання текстів курсу лекцій був підручник Ю.А.Злобіна «Основи екології», що був визнаний одним із кращих на конкурсі, організованому МОН України і Міжнародним фондом «Відродження».

Теми курсу складають три змістовних модуля: «Основи теоретичної екології», «Прикладні аспекти екології» і «Стратегія і тактика збереження та стабільного розвитку життя на Землі»

Курс лекцій буде корисним посібником при вивченні «Основ екології» і сприятиме формуванню у студентів екологічного мислення та екологічної свідомості.


Тема: ^ Вступ, визначення, становлення екології як науки, завдання, методи дослідження.


Мета теми: Досягнути розуміння студентами задач екологічної науки, сфер вивчення різними блоками, основних напрямів і методів екологічних досліджень.


Контрольні питання теми.

  1. Екологія, визначення і предмет дослідження.

  2. Історія розвитку екологічної науки.

  3. Завдання екологічної науки.

  4. Біоекологія.

  5. Техноекологія.

  6. Агроекологія.

  7. Екологія природних сфер.

  8. Соціальна екологія.

  9. Аутекологія.

  10. Демекологія.

  11. Синекологія.

  12. Основні напрями екологічних досліджень.

  13. Методи екологічних досліджень.



Лекція: Вступ, становлення екології як науки, сучасний стан


Вступ. Питання захисту довкілля охопило у всій світовій культурі різні сторони наукової і громадської діяльності. Причиною цього стала тривога за майбутнє людства. ХХ століття закінчилося формуванням розростання глобальної кризи цивілізації в усіх напрямах: соціальному, духовному, демографічному, економічному, екологічному. Науково-технічний прогрес, швидкість якого на декілька порядків перевищує швидкість адаптування організмів до змінених людиною умов існування, породжує нові джерела збурення, тиску на біосферу, її перезабруднення, знищення природних ресурсів, катастрофічне зменшення біорозманіття. Незважаючи на це керована силами і законами ринку економіка активно втілює в життя все потужніші технології, які все більше руйнують довкілля. Світовий валовий продукт людства за останні 100 років зріс в 330 разів, ресурсоспоживання – майже в 100 разів.

Цивілізація виникла в середині біосфери, є її частиною і існувати без неї не зможе. Незважаючи на це, люди продовжують вести спосіб життя, що суперечить законам екології, сподіваючись на свою технічну могутність.

Особливістю сьогодення є те, що в екологічній загрозі людству нині домінує глобальний фактор. Тому вважати, що можна створити необхідні екологічні умови для існування окремих груп людей, чи окремих країн, є ілюзією.Трансграничні забруднення та локальні поліпшення стану довкілля за рахунок руйнування екосистем інших регіонів лише призведуть до подальшої деградації глобальної екосистеми та посилення небезпеки для всієї планети.

Подолання численних локальних, регіональних та глобальних кризових екологічних ситуацій потребують не тільки нової ідеології життя, а й нової системи знань, формування у людей екологічного мислення та екологічної свідомості. Мислення фахівців найрізноманітніших професій має стати екологічним. Визначення, предмет дослідження. Вперше термін «екологія» був запропонований німецьким біологом Е.Геккелем, який вперше використав цей термін в передмові до книги «Загальна морфологія» в 1866 році. Термін «екологія» походить від грецького ойкос, що означає дім, житло, сховище та логос – вчення. По визначенню Е Геккеля екологія – це пізнання економіки природи, одночасне дослідження всіх взаємовідносин живого з органічними і неорганічними компонентами середовища. Це визначення нової галузі науки про життя таке влучне, що вже майже 1,5 століття воно в повній мірі зберігає своє значення. Е.Геккель визначав екологію як баланс між організмом та середовищем, предметом якого є зв’язки живих істот як з неорганічною так і з органічною природою.

Екологія вивчає умови існування живих організмів, їхній зв’язок та їхню взаємодію з довкіллям. Екологія виникла як суто біологічна наука, але в наш час трансформувалася і стала наукою про структуру та функцію природи в цілому, наукою про біосферу, наукою, що вивчає місце людини на нашій планеті, наукою про взаємозв’язки всього живого на нашій планеті між собою та довкіллям.

Сучасне визначення екології – це комплекс наук про будову, функціонування, взаємозв’язки багатокомпонентних і багаторівневих систем у Природі й суспільстві та засоби кореляції взаємного впливу техносфери і біосфери з метою збереження біосфери та людства.


^ Виникнення, становлення та розвиток екології як науки.

Як і більшість наук, екологія має тривалу передісторію. Виділившись в системі інших природничих наук, екологія продовжує розвиватися, збагачуючи свій зміст і розширюючи завдання.

Нагромадження відомостей про спосіб життя, залежність від зовнішніх умов, характер розподілу рослин і тварин почалося дуже давно. Аристотель (384 – 322 р.р. до н.е.) описує понад 500 видів відомих йому тварин і розповідає про їхню поведінку в залежності від умов. Його учень «батько ботаніки» Теофраст Ерезійський наводить відомості про своєрідність рослин , що зростають у різних умовах.

В період середньовіччя панувало богослов’я і схоластика. Занепад всіх наук в ці часи не минув і вивчення природи. І тільки в епоху Відродження великі географічні відкриття, колонізація нових земель стали поштовхом до нового вивчення природи і систематики знань. Перші систематики (Чезальпіні, Д.Рей, Ж.Турнефор) відомості про поведінку, особливості звичок, спосіб життя тварин, якими супроводжувався опис їхньої будови, називали «Історією життя тварин».

У 17 – 18 ст. екологічні відомості становили нерідко значну частину праць, присвячених окремим групам живих організмів. Проблему впливу зовнішніх умов на будову тварин було порушено у другій половині 18 ст. в працях французького природодослідника Ж.Бюффона, який вважав, що перетворення одного виду на інший є вплив таких зовнішніх чинників як «температура клімату, якість їжі та гніт одомашнювання».

Автор першого еволюційного вчення Жан-Батіст Ламарк (1744 – 1829) вважав, що вплив «зовнішніх обставин» - одна з найважливіших причин пристосувальних змін організмів, еволюції тварин і рослин.

Дальшому розвитку екологічного мислення сприяла поява на початку 19 ст. біогеографії. Праці Олександра Гумбольдта, зокрема робота «Думки про фізіономіку рослин» (1806), визначили новий екологічний напрям у географії рослин. З’явилися перші спеціальні роботи, присвячені впливу кліматичних чинників на поширення і біологію тварин (німецький зоолог К.Глогер, датчанин Т. Фабер,К.Бергман і інші).

Необхідність розвитку особливого напрямку в зоології, основним змістом якого мусить бути всебічне вивчення і пояснення життя тварин, їхніх складних взаємовідносин з навколишнім світом, пропагував російський вчений, професор Московського університету К.Ф.Рульє (1852). Він підкреслював, що в зоології поряд з класифікацією окремих організмів потрібно розглядати «явища способу життя». При цьому слід розрізняти явища життя особини і явища життя загального.

Науковою основою екології стало вчення Ч.Дарвіна про боротьбу організмів за існування. В це поняття він включав не тільки конкуренцію організмів за ресурси, але й їхні реакції на різні чинники навколишнього середовища, за допомогою яких вони пристосовуються до існування в конкретних умовах.

У другій половині 19 ст. було зроблено низку важливих узагальнень (датський ботанік Е.Вармінг, А.М.Бекетов, німецький мікробіолог К.Мебіус, Г.Ф.Морозов, В.М.Сукачов, В.В.Стачинський). Наприкінці 19 – у першій половині 20 ст. вийшло немало монографій, які сформували теоретичну основу сучасної екології. Це роботи відомих біологів С.Форбс – 1887, Ч.Давенпорт – 1930, Ч.Адамс – 1913, С.Петерсен – 1918, В.І.Вернадський – 1926 та інші.

Бурхливо розвивалася екологія в 20 – 30 роках ХХ століття, коли Ч.Елтоном були сформульовані основні завдання вивчення популяцій та угрупувань, В.Вольтером і А.Лотке запропоновані математичні моделі росту чисельності популяцій та їх взаємодії, Г.Ф.Гаузе проведені лабораторні дослідження для перевірки цих моделей.

З початку 40-х років в екології виник принципово новий підхід у досліджені природних екосистем. У 1935 році англійський вчений А.Тенслі запропонував поняття екосистема, а у 1942 р. В.М.Сукачов обґрунтував уявлення про біогеоценоз. У цих поняттях знайшла відображення ідея про єдність сукупності організмів з абіотичним оточенням, про закономірності, що лежать в основі зв’язку всього угрупування й навколишнього неорганічного середовища - про кругообіг речовин і перетворення енергії.

Розвиток екосистемного аналізу привів до відродження на новій екологічній основі вчення про біосферу. Належить воно одному з найвизначніших природодослідників 20 століття В.І.Вернадському. Біосфера постала як глобальна екосистема, функціонування і стабільність якої ґрунтуються на екологічних законах забезпечення балансу речовини і енергії.

Середина та друга половини 20 століття ознаменувалися виникненням широкого фронту екологічних досліджень, у яких помітну роль відіграють й екологи України. Перший науковий центр екологічних досліджень був створений в Україні в 1930 році – сектор екології при інституті зоології та ботаніки Харківського державного університету. Праця В.В.Стачинського «До розуміння біоценозу» (1933) стала класичною в області вивчення зв’язків між організмами в ценотичних системах.

Світове визнання отримали дослідження українських вчених Ф.А.Гриня, І.Г.Підоплічка, С.М.Стойка, П.С.Погребняка та інших. У сучасний період в Україні широке визнання отримали екологічні роботи академіків М.А.Голубця, К.М.Ситника, Ю.Р.Шеляг-Сосунка. Екологи України зробили вагомий внесок у розробку методів оцінки рівня радіоактивного забруднення великих територій та обґрунтування заходів зниження екологічних збитків від наслідків аварії на Чорнобильській АЕС. Активні розробки складних екологічних проблем ведуться в головних наукових центрах Києва, Львова, Дніпропетровська, в інституті екології Карпат.


^ Сучасний стан, структура, зв’язок з іншими науками


З погляду вчених сучасна екологія 21 століття – це одна з головних фундаментальних комплексних наук про виживання на планеті Земля. Завдяки проникненню проблем і ідей екології в інші науки і сфери діяльності людини широкого розвитку набуло явище екологізації, завданням якого стало відвернення глобальної екологічної кризи завдяки об’єднанню зусиль вчених і практиків усіх галузей діяльності. Екологія перетворилася на систему наук про Землю та її оточення, в центрі уваги якої залишаються живі організми, людина.

Впродовж останніх десятиліть в усіх галузях людської діяльності, де йдуть процеси екологізації, сформувалися близько 90 напрямів і піднапрямків (розділів і підрозділів) сучасної екології. Всі вони умовно об’єднані в чотири блоки: біоекологія, геоекологія, техноекологія та соціоекологія.

Кожен із напрямів екологічних наук має свою специфіку, своє коло вирішуваних питань, свої методи й масштаби досліджень, але завдання у всіх одне: визначити характер і обсяг забруднення довкілля, пов’язаного з конкретним видом діяльності людини, ступінь його небезпечності, можливості нейтралізації, шляхи екологізації виробництва, економії та відтворення природних ресурсів.

Особливості окремих напрямів екології, коло вирішуваних ними питань ви повинні вивчити при самостійній роботі по опануванню відповідних питань цієї теми.

^ Основні напрямки екологічних досліджень такі:

1. Виявлення основних типів екосистем та ландшафтних одиниць, оцінюючи особливості їх складу та функціонування, щорічну та багаторічну динаміку, що є основою для здійснення раціонального влаштування великих та малих територій.

2. Розробка методів збору інформації та її аналізу й отримання інтегральних параметрів, що характеризують стан біосфери.

3. Надання оцінки рівню стійкості біосфери та окремих екосистем щодо зовнішніх впливів, їх здатності повернення в початковий стан після тих чи інших змін та вироблення рекомендацій щодо розміру та об’єму антропогенних змін біосфери.

4. Розробка пропозицій щодо створення заповідних та охоронних територій.

5. Розробка пропозицій до законодавства з питань експлуатації природних ресурсів та охорони природного середовища.

6. Прогнозування на основі екологічних знань епідемій та епізоотій і проведення заходів щодо локалізації захворювань.


^ Методи екологічних досліджень

Екологія – комплексна наука. Вона використовує широкий арсенал різноманітних методів, які можна поділити на 3 основні групи:

1. Методи за допомогою яких збирається інформація про стан екологічних об’єктів: рослин, тварин, мікроорганізмів, екосистем, біосфери.

2. Методи обробки отриманої інформації та узагальнення.

3. Методи інтерпретації отриманих фактичних матеріалів.


Для отримання інформації про стан об’єктів часто застосовується спостереження, відмінною рисою якого є невтручання спостерігача в процеси, що відбуваються. Такі спостереження можуть здійснюватися як неозброєним оком, так і з застосуванням різноманітних приладів та технічних засобів. У сучасній екології спостереження за допомогою приладів являється одним з основних методів дослідження.

Для вивчення властивостей об’єктів природного середовища (повітря, вода, грунт) застосовуються досить різноманітні прилади та устаткування. Для вивчення властивостей рослинного та тваринного світу широко використовуються фізіологічні, біохімічні, морфологічні методи.

Особливістю сучасних екологічних спостережень за допомогою приладів є їхня комплексність та довгостроковість, коли на одній і тій же ділянці екосистеми спостереження можна вести протягом великого відрізку часу і по декількох показниках. Окрім комплексних спостережень на стаціонарах може проводитися глобальний моніторинг екосистем і всієї біосфери.

Екологія широко застосовує також метод експерименту, коли до екосистеми свідомо вноситься якась одна зміна і через деякий час зіставляються результати спостережень на експериментальній та контрольній ділянках екосистеми.

Більш придатні в екології багатофакторні експерименти.Екологія широко використовує результати стихійних експериментів, що «ставить» сама природа, або ж вони є наслідком виробничої діяльності людини (виверження вулканів, повені, будівництво водосховищ, вирубування лісів, аварія на Чорнобильській АЕС). Це все , так звані, природні експерименти.

В екології часто використовуються і лабораторні експерименти. Лабораторний експеримент дозволяє вивчити характер дії і впливу окремих ізольованих факторів, що також має велике значення в розумінні процесів, що відбуваються в екосистемах при дії цих факторів.

Певним джерелом фактів може бути службова інформація та літературні дані. Використання літературних даних цілком допустиме з урахуванням репутації автора та з посиланням на нього. Складніше буває з використанням службової інформації (вона нерідко «захищена», часто вона буває упереджено викривлена для покращання показників0.

У зв’язку зі складністю екологічних систем щодо їх вивчення часто використовують моделювання. Як модель може виступати матеріальна копія об’єкта екології, до певної міри спрощена. Наприклад, акваріум можна розглядати як модель ставка. На таких моделях можна отримати немало корисної інформації, але реальні екосистеми – це багатофакторні комплексні об’єкти, які неможливо в повній мірі відтворити на моделях.

Інший клас матеріальних моделей складають реальні об’єкти природи, спеціально виділені для вивчення в природному середовищу.

Більш широко в екології використовують абстрактні моделі. Це можуть бути вербальні, графічні , математичні моделі.


Самостійна робота. При виконанні самостійної роботи по темі необхідно вивчити специфіку і коло вирішуваних питань таких напрямів екології:

1. Біоекологія.

2.Техноекологія.

3.Агроекологія.

4. Екологія природних сфер,

5. Соціальна екологія.

6.Аутекологія.

7. Демекологія.

8. Синекологія.


Тема: Біосфера.


Мета теми: Досягнути розуміння студентами поняття «Біосфера;, потоку енергіі в ній і ефективності перенесення, біогеохімічних циклів, факторів навколишнього середовища і принципів їх дії, місця людини в Біосфері.


Контрольні питання по темі.

1. Біосфера, поняття, структура її, основна відмінність від других сфер Землі.

2. Газова частина Біосфери, її роль.

3. Гідросфера,її значення в Біосфері.

4. Літосфера, грунт і його значення.

5. Джерела потоку енергії на Земній Кулі.

6. Сонячна енергія, потік енергії в Біосфері,ефективність перенесення енергії в живій речовині.

7. Біогенна міграція хімічних елементів, біогеохімічні цикли, їх значення в коло обігу біогенних елементів.

8. Біогенні хімічні елементи.

9. Основні типи міграції в межах геосфер, їх значення.

10. Поняття «середовище», основні середовища живих організмів.

11. Екологічні чинники, види їх.

12. Абіотичні чинники, дія їх на живі організми: зона оптимуму, зона песимуму, діапазон стійкості. Закон обмежувальних чинників.

13. Температура, розподіл тепла на землі. Види температурних змін у середовищі, критерії для оцінки температурного режиму.

14. Вода, значення для Біосфери і для живих організмів.

15. Світло, значення для рослин і тварин.

16. Хімічні чинники.

17. Комплексні чинники: кліматичні, орографічні (рельєф), елфічні (грунтові)

18. Біотичні чинники: фіто генні, мікробогенні, зоогенні, антропогенні.

19. Місце людини в Біосфері.


Лекція: Біосфера.


Німецький вчений Е.Зюсс у 1875 році виділив в межах Земної Кулі декілька структурних частин – оболонок, назвавши їх геосферами. Це атмосфера, гідросфера і літосфера. Частина Землі, де існує життя, отримала назву «Біосфера».

Біосфера (грец. біос – життя, сфера – оболонка) – оболонка Землі, в якій існує життя. Більшість сучасних екологів розуміють біосферу як об’єднання усіх живих організмів, що знаходяться у взаємозв’язку з фізичним середовищем Землі.

^ Структура Біосфери. Об’єм біосфери становить 0,4% об’єму планети. Важливою особливістю біосфери є її злитність з іншими геосферами Землі. Біосфера розміщена в межах атмосфери, гідросфери та частини літосфери. Загальна протяжність біосфери за радіусом Землі складає близько 40 км. Біосферу складають:

* нижня частина атмосфери (від поверхні Землі до озонового шару, по В.І.Вернадському – променева межа – до висоти 25 – 30 км);

* вся гідросфера ( до найбільшої глибини 11030 м – Маріанська улоговина в Тихому океані);

* верхня частина літосфери, де вода перебуває в рідкому стані ( по В.І.Вернадському – термічна межа, по різним авторам від 5 до 25 км).


Основна маса живої речовини, наявність якої відрізняє біосферу від інших сфер Землі, зосереджена в порівняно невеликому прошарку, який отримав назву «біострома». Біострома лежить на поверхні суходолу та охоплює верхні шари водойм. У цій зоні знаходиться до 98% всієї живої речовини планети.

Усі ці частини геосфер Землі об’єднуються в єдину оболонку життя живими організмами, які не лише існують в біосфері а й є її творцями. В.І.Вернадський писав: «Біосферу можна розглядати як простір над земною корою, зайнятий «трансформаторами», що перетворюють космічне випромінювання на корисну земну енергію – електричну, механічну, хімічну, термічну та інші».

Наш співвітчизник В.І.Вернадський був у числі перших, хто сприймав Землю як єдиний живий організм, в якому зовсім різні, на перший погляд, процеси у трьох зовнішніх сферах Землі – літосфері, гідросфері й атмосфері – тісно пов’язані між собою.

Всесвітню славу вченому принесли створені ним вчення про біосферу та ноосферу. Вернадський одним із перших усвідомив величезний перетворюючий вплив живих організмів на всі три зовнішні оболонки Землі, тісну взаємодію і взаємозалежність усіх форм життя. Це дало йому поштовх до створення всеохоплюючої теорії біосфери, тобто тієї частини зовнішніх оболонок нашої планети, яка безпосередньо пов’язана з існуванням життя на Землі.

В.І.Вернадський (1934) дав таке визначення біосфери: «Біосфера являє собою оболонку життя – область існування живої речовини.»

В.І.Вернадський виділив шість головних типів речовин, із яких сформована біосфера:

1. Жива речовина – сукупність усіх існуючих на Землі рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів;

2. Біогенна речовина – продукт життєдіяльності організмів (торф, крейда, горючі сланці, вугілля і т.п.).

3.Нежива (косна) речовина – в утворені якої живі організми не брали участі (гірські породи та мінерали);

4. Біокосна речовина – продукт взаємодії живої речовини і неживої матерії (грунт);

5. Радіоактивна речовина – радіонукліди калія, урана, торія, які зумовлюють існування радіогенної теплоти, та продукти їх розпаду;

6. Космічна речовина – космічний пил та метеорити.


Складові частини Біосфери атмосферу, гідросферу та літосферу, їх характеристику і значення в біосфері студенти вивчають самостійно при самостійному опрацюванні відповідних питань теми.


^ Біогеохімічні цикли. Кругообіг речовин.


За рахунок міграції хімічних елементів усі геосфери Землі зв’язані єдиним циклом кругообігу цих елементів. Такий кругообіг, рушійною силою якого є тектонічні процеси та сонячна енергія, отримав назву великого (геологічного) кругообігу. Цей кругообіг має абіотичний характер.

Виникнення життя на Землі спричинило появу нової форми міграції хімічних елементів – біогенної. За рахунок біологічної міграції на великий кругообіг наклався малий (біогенний). В біологічному кругообігу переміщаються в основному вуглець, кисень, азот, фосфор, кальцій. Обидва кругообіги протікають одночасно та тісно пов’язані між собою.

Як вам уже відомо одним із компонентів біосфери є жива речовина.Унікальна роль її в біосфері полягає в її високій біогеохімічній активності. Жива речовина автотрофних організмів здійснює поглинання сонячної енергії та її перетворення в енергію хімічних зв’язків. Сукупна біогеохімічна активність призвела до значної зміни газового складу атмосфери, в результаті чого атмосфера відновного типу перетворилася в атмосферу окислювального типу зі значним вмістом кисню. За рахунок діяльності біосфери на Земній Кулі сформувався озоновий екран.

Жива речовина змінила гірські породи та сприяла появі нових видів (вапняки). Життєдіяльність рослин тварин та мікроорганізмів спричинила появу грунту. Жива речовина планети є ініціатором та рушієм біохімічних циклів речовин. Велике значення в цьому має розмноження організмів, яке В.І.Вернадський назвав « розтіканням « живої матерії, її «прагненням до всюдності».

Живі організми в біосфері ініціюють кругообіг речовин, та призводять до виникнення біогеохімічних циклів. Біогеохімічний цикл можна визначити як циклічне поетапне перетворення речовин та зміна потоків енергіі з просторовим масоперенесенням, яке здійснюється за рахунок сумісної дії біотичної та абіотичної трансформації речовин.

Біогеохімічні цикли становлять собою циклічні переміщення біогенних елементів вуглецю, кисню,водню, азоту, сірки, фосфору, кальцію, калію та інших від одного компоненту біосфери до інших так, що на певних етапах цього кругообігу вони входять до складу живої речовини.

Рушійною силою в біогеохімічних циклах є потік сонячної енергії або частково енергії геологічних процесів Землі. Переміщення речовин у біогеохімічних циклах одночасно забезпечує життєдіяльність живих організмів. Головними оцінюючими параметрами ефективності та напрямку роботи біогеохімічного циклу є кількість біомаси, її елементарний склад та активне функціонування живих організмів.

Міграція речовин в межах геосфер підрозділяється на 5 основних типів:

1. Механічне перенесення (йде без зміни хімічного складу).

2. Водне ( міграція здійснюється за рахунок розчинення речовин та їх наступного переміщення у формі іонів або колоїдів). Це одна із більш важливих видів переміщення речовин в біосфері.

3. Повітряне (перенесення речовин у формі газів, пилу або аерозолів із потоками повітря).

4. Біогенне ( перенесення здійснюється за активної участі живих організмів).

5. Техногенне, що проявляється як результат господарської діяльності людини.


Інтенсивність кругообігу речовин в будь-якому біогеохімічному циклі є найважливішою характеристикою і в різних умовах він різний. Найбільша швидкість кругообігу речовин в тропічних та субтропічних біомах.

Аналізуючи біогеохімічні цикли, В.І.Вернадський виявив концентраційну функцію живої речовини. За рахунок цієї функції жива речовина вибірково поглинає із навколишнього середовища ті хімічні елементи, які їй потрібні. Якщо наша планета сформована в першу чергу із сполук заліза, нікелю,магнію, сірки, кисню, то за рахунок вибіркового поглинання та концентраційної функції біомаса складається в основному із водню,вуглецю, азоту при порівняно малій кількості інших елементів.

Хімічні елементи, що беруть переважну участь у побудові живої речовини та необхідні для її синтезу, отримали назву біогенних.

Дуже важливо, що для біосфери характерна висока замкненість біогеохімічних циклів. Втрати речовин у них складають 3 – 5% , Такі природні відходи для біосфери не шкідливі. Центральне місце в біосфері посідають біогеохімічні цикли вуглецю, води, азоту та фосфору.

^ Поняття «середовище», екологічні чинники його.


Середовище – це всі тіла, явища, з якими організм має прямі чи опосередковані взаємозв’язки, Живі організми, що населяють нашу планету, освоїли чотири основні середовища, кожне з яких має свій склад, свої екологічні чинники: водне середовище, водно-повітряне, грунт, самі організми.

Розрізняють чинники абіотичні, біотичні і антропогенні.

Абіотичні чинники середовища – це хімічні та фізичні чинники – чинники неживої природи (світло, температура, вологість, вітер, солоність вод і грунтів). Всі вони по різному впливають як один на одного, так і на біотичний компонент екосистеми.

Для кожного виду організмів стосовно кожного чинника середовища існує:

1. Зона оптимуму ( організм існує в найсприятливіших для розвитку умовах);

2. Зона песимуму ( стресова зона);

3. Діапазон стійкості, за межами якого організм гине.

На основі цього формулюється закон обмежувальних чинників (закон Лібіха): Навіть єдиний чинник за межами зони свого оптимуму викликає стресовий стан організму, а поза межами стійкості – загибель.


Характеристику, значення і особливості дії окремих екологічних чинників ви самостійно вивчите при опрацюванні відповідних питань теми при самостійній роботі.


^ Місце людини в біосфері.

Біологічні відмінності людини полягають не тільки в посиленому розвитку головного мозку, що, в першу чергу, відділило людину від інших видів тварин. Відмінності проявляються в необмеженій здатності до розмноження. За період існування людства щільність його зросла більш ніж в 4 тисячі разів. Цей ріст не мав планового характеру. Протягом тривалого періоду чисельність народонаселення зростала поступово, а у 20 столітті темпи приросту населення різко зросли. Якщо раніше для подвоєння числа жителів планети треба було біля 600 років, то останнє подвоєння від 3 до 6 мільярдів чоловік відбулося всього за 38 років. Цей ріст був настільки стрімким, що отримав назву «демографічний вибух».

Висока чисельність населення виявилася новим явищем і поряд з науково-технічною революцією вона стала головною причиною антропогенної зміни біосфери. Припускають, що відносини в системі «людина – природне середовище» будуть залежати від подальшої тенденції росту чисельності народонаселення. Оптимісти вважають, що помітний спад приросту населення, який зараз дав про себе знати в розвинутих країнах, пошириться на всю Земну Кулю і відбудеться стабілізація чисельності населення на рівні близько 10 мільярдів чоловік.

Діаметрально протилежна точка зору була висловлена ще у 1798 році Т.Мальтусом, який стверджував, що чисельність народонаселення росте і буде рости в геометричній прогресії, а ресурси, необхідні для задоволення потреб людства, ростимуть тільки в арифметичній прогресії, чим і визначається конфліктність в системі «людина – природне середовище».

У ході розвитку людства, появи технічних споруд, розвитку культурних та соціальних феноменів у межах біосфери з’явилася нова підсистема «людство - природне середовище». Взаємодія в цій підсистемі має двобічний характер, але з ростом технічної озброєності людини в ній почав переважати однонаправлений вплив людини на природні компоненти. Такий вплив отримав назву антропогенний, а зміни в природі під впливом людини – антропогенез.


Тема: ^ Екологічні системи та біогеоценози


Мета: Пізнання студентами функціональних систем біосфери, їх ознак, усвідомлення всезагальних зв’язків і взаємодії живих і неживих компонентів, принципів функціонування екосистем і забезпечення їх стійкості.


Контрольні питання теми

1. Екосистеми і біогеоценоз, поняття. Компоненти біогеоценозу. Ознаки для характеристики екосистем.

2. Абіотичні фактори екосистем, їх розподіл за призначенням, типи дії їх.

3. Найбільш важливі фактори з погляду життєдіяльності організмів ( територія, температура, сонячна радіація, газовий склад повітря), їх значення для функціонування екосистем.

4. Грунт як біокосний елемент екосистеми: головні фактори утворення грунту, структура і екосистемні функції його.

5. Життя в грунті, механізми добування рослинами поживних речовин.

6. Живі організми в екосистемах, види структур біоценозу, правило формування видового складу біоценозу.

7. Основні форми зв’язків між організмами в біоценозі.

8. Принципи функціонування екосистем. Порушення цих принципів людиною.

9. Забезпечення стійкості екосистем (біотичний потенціал та опір середовища).

10. Сукцесія – окремий випадок еволюції екосистем. Первинна та вторинна сукцесії.

11. Основні природні екосистеми Землі (суходоли і екосистеми водойм). Розподіл екосистем за продуктивністю.


Лекція: Екологічні системи та біогеоценоз.


Екосистема – основна структурна одиниця біосфери. Поняття про екосистеми надзвичайно важливе для аналізу всього різноманіття екологічних явищ.

Основоположником вчення про екосистеми є англійський еколог А.Тенслі (1935). Екосистемою називають сукупність організмів, які спільно проживають, та умови їх існування, що знаходяться в закономірному зв’язку одне з одним. Екосистема – це поняття безрозмірне, без фіксованих меж. Екосистема – це і невеличкий ставок і світовий океан, великий ліс і окреме дерево. У сучасній екології поняття екосистема є розмитим.

Термін екосистема близький до терміну «біогеоценоз», введеного в обіг російським ученим В Сукачовим у 1940 році. Біогеоценоз – це природна ділянка земної поверхні з певним складом живих і неживих компонентів і динамічною взаємодією між ними.

Біогеоценоз містить два компоненти:

1. Екотоп – (грец. Топос – місце) – сукупність на певній території абіотичних

чинників (кліматичних і грунтових);

2. Біоценоз – сукупність живих організмів (рослин, тварин, мікроорганізмів, грибів) – біотичний чинник.


Поняття біогеоценоз і екосистема майже ідентичні, можливо останнє ширше і тому більш вживане.

Для характеристики екосистем використовують досить великий набір ознак, основні із них:

1. Видовий склад живих організмів;

2. Співвідношення в екосистемі організмів із різними типами живлення;

3. Розмір створюваної в екосистемі первинної та вторинної біологічної продукції;

4. Інтенсивність потоку енергії через екосистему та швидкість кругообігу речовин;

5. Режим абіотичних умов та ресурсів.


Абіотичні компоненти екосистем.

Абіотичні фактори – це фактори неживої природи, вони визначають можливість існування всіх груп організмів у тому чи іншому середовищі, впливаючи на географічне поширення рослин, тварин, мікроорганізмів. В екосистемах абіотичні фактори виступають як ланка, що зв’язує різні групи організмів, забезпечуючи структурно-функціональну цілісність екосистем.

За своїм значенням абіотичні фактори поділяються в екосистемах на дві групи:

1. Ресурси, тобто такі фактори, що використовуються живими організмами та розподіляються між ними (вода, поживні речовини);

2. Умови існування, тобто неподільні абіотичні фактори, які не витрачаються в процесі життєдіяльності та в однаковій мірі впливають на всі живі організми в даній екосистемі (температура , рН грунту).

Всі абіотичні фактори підрозділяють на:

* кліматичні фактори (температура, режим освітленості, повітря та інші);

* адафічні фактори, що включають у себе ресурси та умови, пов’язані з грунтом (тип грунту, його фізико-хімічні особливості, склад грунтового розчину, тощо);

* фактори, що діють у товщі води та мають значення для водних екосистем.

Відповідно до В.Р.Вільямса (1939) для живих організмів однаково важливі чотири фактори: світло, тепло, вода та їжа.

К.А.Куркін (1972) класифікує фактори по типу їх дії:

- такі, що стабільно діють у даній екосистемі та протягом тривалого часу не змінюють свого значення;

- багаторазові коливання значень даного фактора протягом одного вегетативного сезону.

- флуктуаційні, які коливаються упродовж років;

- багаторічно-циклічні, з періодичністю дії, що складає цикли тривалістю в десятки та сотні років.

З погляду життєдіяльності організмів найбільш важливими є доступність території, температурний режим, сонячна радіація, забезпеченість вологою та газовий склад атмосфери.

Основні характеристики і значення для функціонування живих організмів основних абіотичних факторів ви повинні усвідомити при самостійному опрацюванні відповідних контрольних питань цієї теми.


Грунт як біокосний елемент екосистеми


Засновником учення про грунт як біокосне тіло вважається В.В.Докучаєв. Він визначав грунт як природно-історичне тіло, що утворюється під впливом клімату та живих організмів із геологічних порід. Найголовніше в його визначенні це наголос на те, що без живих організмів грунту бути не може.

Для утворення грунту необхідно 5 головних факторів:

1. Наявність материнської гірської породи, яка виступає як матеріальне джерело формування грунту;

2. Наявність живих організмів;

3. Рельєф місцевості, який впливає на характер трансформації гірської породи живими організмами і тип грунту, що формується;

4. Клімат;

5. Час, оскільки ґрунтоутворення є досить повільним процесом.

Центральним фактором ґрунтоутворення все ж таки є живі організми. Саме вони в сукупній дії з іншими факторами утворюють зовсім нове біокосне тіло – грунт.

Екосистемні функції грунту різноманітні:

- Забезпечує рослини поживними речовинами та водою;

- Тільки на грунті автотрофні зелені рослини повністю розкривають свій потенціал синтезу органічних речовин;

- грунт є місцем мінералізації відмерлих решток живої речовини.

Грунт може підсилювати дію окремих абіотичних факторів, видозмінювати цю дію, а то й гасити її (чорноземи України здатні знижувати вплив атмосферної посухи за рахунок великої водо утримуючої здатності гумусу). Велике значення має нейтралізуюча роль грунту.

Структура грунту складна, але в більшості типів виділяються гумусний горизонт, де зосереджена основна маса органічної речовини і горизонт, що утримує в основному мінералізовані речовини, перемішані з перетвореною гірською породою.


Життя в грунті.


Грунти досить специфічна частина екосистеми і вони мають специфічне тваринне населення.

Грунт – основне середовище, де розташовані корені рослин, середовище, куди надходить весь рослинний опад та трупи померлих тварин екосистеми, середовище, де зосереджена основна маса редуцентів будь-якої наземної екосистеми.

Крені рослин розміщуються в грунті на різних глибинах, але основна маса їх знаходиться в гумусному горизонті. Корені в грунті живуть. Діяльність їх полягає в постійному поглинанні з грунту води за рахунок різниці осмотичного потенціалу в клітинах кореня і у грунтовому розчині та постійному поглинанні хімічних речовин.

Добування рослинами поживних речовин з твердої фази грунту здійснюється за рахунок двох механізмів:

1. Корені реалізують видільну функцію ( з живих коренів у грунт безперервно надходять органічні кислоти, що забезпечує розчинення грунтових солей та роз’їдання мінералів).

2. Корені живуть у сполученні з грунтовими мікроорганізмами ( оселяючись навколо коренів, мікроорганізми утворюють особливу зону грунтового життя – ризосферу) – азот фіксуючі, силікатні. Сапрофітні мікроорганізми ризосфери активно руйнують органічну речовину грунту.

Тваринне та мікробне населення грунту представлене консументами різних рівнів та мікроорганізмами – редуцентами. Їхня діяльність являє собою сумісну роботу в процесах гуміфікації та мінералізації органічної речовини, що надходить до грунту. Тому грунтове населення – така ж закономірна цілісність як і наземна.


Живі організми в екосистемах.


Кожна екосистема відрізняється своєрідним потоком енергії та кругообігом речовин. Ці процеси опосередковані наявністю в екосистемах живих організмів. Сукупність всіх живих організмів екосистеми називають біоценозом. У сучасній екології біоценозом називають групу організмів різних видів, що співіснують на одній і тій же ділянці території та взаємодіють між собою за рахунок трофічних зв’язків, або просторових.

Серед структур біоценозу виділяють три види:

- видову, що розкриває видове різноманіття живих організмів;

- трофічну, що демонструє характер харчових взаємин між організмами біоценозу;

- просторову, що показує територіальне розміщення рослин, тварин та мікроорганізмів.

Видовий склад біоценозу може бути досить різноманітним. Але його формування підкоряється одному загальному правилу: у природному біоценозі обов’язково повинні бути продуценти, консументи та редуценти. Без такого поєднання організмів із різним типом живлення будь-який біоценоз не може існувати.

Біоценози характеризуються цілком визначеним видовим складом організмів. Залежно від систематичної належності організмів біоценози розділяються на:

* Фітоценози, що утворені рослинами;

* Зооценози, що являють собою сукупність усіх тварин екосистеми;

* Мікробоценози, що сформовані мікроорганізмами, які населяють земляну частину екосистеми.

Цілісність біоценозів зумовлена дією ряду механізмів, але головні серед них – два:

- перший полягає в тому, добір видів в біоценоз будь-якої екосистеми йде на основі спільності їх екологічних вимог щодо середовища;

- другий механізм полягає в наявності коадаптацій рослин та тварин щодо спільного життя.

Співмешкання видів в одному ценозі є результатом того, що один вид потрібен іншому так, що без нього він не може існувати (фітофаги не можуть існувати там, де нема відповідних рослин; рослини, запилювані комахами, не можуть існувати там, де нема цих комах). В результаті цього в кожному біоценозі набір видів рослин та тварин не випадковий, а закономірний.

Форми зв’язків між організмами в біоценозах різноманітні. З основними формами зв’язків ви ознайомитеся при самостійному вивченні відповідних питань цієї теми.


Принципи функціонування екосистем (за Б.Небелем)




Сторінка1/5
Дата конвертації25.10.2013
Розмір1,16 Mb.
ТипКурс лекцій
  1   2   3   4   5
Додайте кнопку на своєму сайті:
uad.exdat.com


База даних захищена авторським правом ©exdat 2000-2012
При копировании материала укажите ссылку
звернутися до адміністрації
Документи