Экология и устойчивое развитие

«ЭКОЛОГИЯ ЖӘНЕ ТҰРАҚТЫ ДАМУ» 

пәнінен

ЛЕКЦИЯЛАРДЫҢ ҚЫСҚАША КУРСЫ

Құрастырған «Экология» кафедрасының доценті Ағыбаева А.Қ.

 

1. Экологияға кіріспе

 

Экология пәні және міндеттері. «Экология» терминін 1869 жылы неміс биологы Эрнест Геккель енгізген. Экология организмдердің немесе организм топтарының сыртқы ортамен өзара қатынасы туралы ғылым немесе тірі организм мен олардың тіршілік мекенінің арасындағы өзара қатынас туралы ғылым.

Экологияның ғылым ретіндегі міндеттері:

-тіршіліктің ұйымдасу заңдылықтарын зерттеу, сонымен бірге табиғи жүйелер мен тұтас биосфераға әсер ететін антропогендік әсерлерге байланысты зерттеу;

-биологиялық ресурстарды тиімді пайдаланудың ғылыми негіздерін құру, адам әрекетінің әсерінен туындайтын табиғат өзгерістерін болжау, биосферада болатын үрдістерды басқару және адамның тіршілік мекенін сақтау;

-популяциялар санын реттеу;

-зиянды түрлермен күресте химиялық заттарды барынша аз пайдалануды қамтамасыз ететін іс-шаралар жүйесін әзірлеу;

-ландшафт құрамдары мен элементтерінің қасиеттерін анықтаудағы экологиялық индикация, оның ішінде табиғи орта ластануының индикациясы;

-бүлінген табиғи жүйелерді қалпына келтіру, сонымен қатар, пайдаланудан шығарылған ауыл шаруашылық жерлерін рекультивациялау, жайылымдарды, азған топырақтың құнарлылығын, суаттардың өнімділігін және т.б. қалпына келтіру;

-кәсіптен шаруашылыққа өту;

-биосфераның эталондық учаскелерін сақтау.

Экологияның бөлімдері. Тіршіліктің ұйымдасу деңгейлеріне сәйкес экология аутэкологияға, демэкологияға және синэкологияға бөлінеді. Аутэкология жеке дараның сыртқы ортамен қарым-қатынасын зерттейді. Демэкология ағзалардың популяциялық топтарының сыртқы ортамен өзара қатынасын зерттейді. Синэкология – нақты бірлестік құрайтын ағзалар топтарын кешенді зерттеумен айналысады.

Экология ғылымының даму тарихы. Экология ғылым ретінде биологияның әртүрлі салаларына (физиология, генетика, биофизика) негізделеді, сондай-ақ, бейбиологиялық ғылымдармен де (физика, химия, геология, география, математика және т.б.) байланысты, экологиялық зерттеулер олардың әдістері мен түсініктемелік-терминологиялық аппараттарына сүйенеді. Осыған байланысты соңғы жылдары «географиялық экология», «жаһандық экология», «химиялық экология», «математикалық экология» және т.б. ұғымдар енгізілді.

Соңғы жылдары онкологиялық экология (жасушалар экологиясы), тіпті молекулалық экология және экологиялық генетика да пайда болды.

 

2. Аутэкология. Экологиялық  факторлар және олардың әсері

 

Тіршіліктің ұйымдасу деңгейлері. Бізді қоршаған биосфераның тірі ағзалар әлемі - әртүрлі құрылымдық тәртіптегі және түрлі ұйымдасу жағдайындағы саналуан биологиялық жүйелердің жинағы. Осы жағдайларды ескере отырып, тірі ағзалардың ірі молекулалардан бастап түрліше ұйымдасқан өсімдіктер мен жануарларға дейінгі әртүрлі тіршілік ету деңгейін ажыратуға болады. Қазіргі таңда тірі материяның төмендегідей ұйымдасу деңгейлері анықталған:

1. Молекулалық. 2. Жасушалық. 4. Мүшелік. 5. Ағзалық. 6. Популяциялық. 7. Биоценоз және биогеоценоз. 8. Биосфералық.

Ағзаның сыртқы ортамен өзара әрекеті  зат алмасу, яғни, қоректену, тыныс алу, экскремент бөлу жолымен жүзеге асырылады. Қоректену тәсілі бойынша барлық ағазалар автотрофты және гетеротрофты болып бөлінеді. Автотрофты ағзалар сыртқы ортаның бейорганикалық заттарымен тікелей қоректенеді. Оларға фотосинтезді жүзеге асыратын өсімдіктердің басым бөлігі жатады. Гететрофты ағзалар автотрофты ағзалардың денелері және олардың қалдықтары сияқты органикалық заттармен қоректенеді. Гетеротрофты ағзаларға жануарлар және микроағзалардың басым бөлігі жатады. Алайда, автотрофтар мен гетеротрофтар арасында нақты шекара байқалмайды. Мысалы эвгленалар (жіпшелі) автотрофты және гетеротрофты қоректену жолдарын ұштастырады. Олар миксотрофтарға жатады және бір жасушалы су ағзаларын құрайды, олар мол жарық түскен жағдайда автотрофты жолмен қоректенеді, ал қараңғыда (суда еріген органикалық заттар бар болғанда) гетеротрофты жолмен қоректенуге ауысады.

Биосфераның көпшілік ағзалары еркін оттегі бар жағдайда тіршілік ететін аэробтыларға жатады. Микроағзалар жататын шамалы бөлігі оттексіз ортада тіршілік етуші анаэробтыларға жатады, олар тұйық суаттар түбі мен топырақтың қабаттарында тіршілік етеді.

Экологиялық экожүйелерде маңызды  рөл атқаратын тірі ағзаның сыртқы ортамен өзара іс-әрекеті атмосферамен, гидросферамен, топырақпен зат алмасу жолымен жүзеге асырылады және биосферада көптеген химиялық элементтердің динамикасын анықтайды.

Экологиялық фактор – тірі ағзаға оның жеке даму фазасының ең кемінде бірінде тура немесе жанама әсер етуге қабілетті ортаның кез келген шарты.

Ортаның экологиялық факторлары екі санатқа бөлінеді:

1) жансыз табиғат факорлары (абиотикалық);

2) тірі табиғат факторлары (биотикалық).

Мончадский А.С. өөзінің экологиялық  факторларды топтастыруын кез келген орта факторына ағзаның бейімделу реакциялары осы факорлардың тұрақтылық дәрежесіне және олардың кезеңділігіне байланысты екендігіне негіздеді. Ол экологиялық факторларды кезеңді факторлар, туындаушы кезеңдік факторлар және кезеңсіз факторлар деп бөледі.

Бастапқы кезеңдік факторларға негізінен Жердің айналуымен байланысты құбылыстар: жыл мезгілдерінің ауысуы, жарықтың тәуліктік ауысуы жатады. Бұл факторларға дұрыс кезеңділік тән, олар Жерде тіршілік пайда болмастан да бұрын бар болған және Жерде пайда болған ағзалар оларға бірден бейімделуге мәжбүр болған.

Ортаның экологиялық факторларын топтастыру

(И.Н.Пономарева бойынша, 1975)

 

Абиотикалық факторлар	Биотикалық факторлар
Климаттық: жарық, температура, ылғалдылық, ауа қозғалысы, қысым. Эдафогенді: («эдафос» - топырақ): механикалық құрам, ылғалдылық, ауа өткізгіштік, тығыздық. Орографиялық: рельеф, теңіз деңгейінен биіктігі, баурай экспозициясы. Химиялық: ауадағы газ құрамы, судың тұздық құрамы, топырақ ерітінділерінің концентрациясы, қышқылдығы және құрамы.	Фитогенді: өсімдік ағзалары. Зоогенді: жануарлар Микробиогенді: вирустар, қарапайымдар, бактериялар Антропогенді: адам әрекеті

  

Туындаушы кезеңдік факторлар –  бастапқы кезеңдік факторлардың салдары: мысалы, ылғалдылық, температура, шөгу, өсімдік тектес қорек динамикасы, суда еріген газдардың болуы.

Кезеңсіз факторларға дұрыс кезеңділігі, циклділігі жоқ факторлар жатады. Топырақ-грунт факторлары, әртүрлі апат жағдайлары, өндірістік кәсіпорындар қызметімен байланысты судағы, топырақтағы және атмосфералық ауадағы қоспалар осындай факторларға жатады..

Минимум және толеранттылық заңдары. 1840 жылы химик-органик Ю.Либих өсімдіктердің минералдық қоректенуінің теориясын ашты. Ол өсімдіктер дамуы ағзада жеткілікті мөлшерде болатын химиялық элементтерге немесе заттарға ғана байланысты еместігін, сонымен қатар тапшы элементтерге де байланысты деп тапты. Өзінің зерттеулерінің нәтижесінде «минимум заңын» қалыптастырды, соған сәйкес топырақтағы жетіспейтін қоректік заттарды ұлғайту қажет.

70 жылдан кейін американдық ғалым  В.Шелфорд ағзаның өмірге  қабелеттілігін минимумдағы зат қана анықтап қоймай, сонымен қатар қандай да бір элементтің артықшылығы да қолайсыз ауытқуларға әкеп соғатынын көрсетті.

В.Шелфордтың айтуынша, артық факторлар да, жетіспейтін факторлар да лимиттеуші фактор деп аталады, ал сәйкес ереже «лимиттеуші фактор заңы» немесе «толеранттылық заңы» атауына ие болды.

 

3. Биотикалық қауымдастықтар  мен экологиялық жүйелер

Популяция туралы түсінік. Популяция дегеніміз - ортақ территорияда (ареал) бір-бірімен өзара қарым-қатынаста бірігіп тіршілік ететін, бір түрге жататын даралар тобы. С.С.Шварцтың берген анықтамасы бойынша: популяция - бұл қоршаған ортаның үнемі өзгеріп отыратын жағдайында санын тұрақты ұстап тұруға қажетті жағдайлармен қамтамасыз етілген белгілі бір түрдің ағзаларының элементарлық тобы. Популяция ұғымын латын тілінен аударғанда populus- халық, тұрғындар деген мағына береді. Популяцияларға өсу, даму, үнемі өзгеріп отыратын жағдайда тіршілігін сақтауға қабілеттілік тән. Яғни популяциялардың белгілі бір генетикалық және экологиялық сипаттамасы болады.

Популяция экологиямен тікелей байланысты генетикалық сипаттарға ие. Бұл – бейімділік, репродуктивті бейімділік және үздіксіздік (яғни, ұзақ мерзім ішінде тұқым қалдыру мүмкіндігі).

Популяция құрылымы ағзалардың кеңістікте таралу сипатын білдіреді. Популяция даралардың таралуы төмендегідей болуы мүмкін:

1/ кездейсоқ; 2/ біркелкі; 3/ топтық.

Кездейсоқ таралу ортаның біртекті болып, ал ағзалар топқа бірігуге талпынбаған кезде болады. Біркелкі таралу ортада күшті бәсекелестік немесе антогонизм болған кезде орын алады.

Түрлерді кеңістікте таралуының 5 түрі болады:

1. Біркелкі. 2. Кездейсоқ. 3. Кездейсоқ  топтық. 4. Біркелкі топтық. 5. Бірнеше топтардан жиналатын біркелкі.

Барлық тіршілік иелері міндетті түрде қандай да бір популяциялық бірлестікке жатады. Популяция түрлерден тұрады және ортадан оқшау тіршілік ете алмайды. Жалпы заңдылық болып табылатын - кез келген тіршілік иесінің индивиді оқшау күйде емес, белгілі бір түрде ұйымдасқан жинаққа кіретіндігі. Бұл ереже С.С.Четвериков ережесі, немесе популяцияға бірігу ережесі деп аталады.

Биотикалық қауымдастық – нақты аумақты немесе биотопты мекендейтін кез келген популяциялар жиынтығы. Биотикалық қауымдастық термині кең түсінік, оны әртүрлі өлшемдгі табиғи топтастықтарды - ағаш діңі биотасынан бастап шексіз орман немесе мұхит биотасына дейінгі топтастықтарды – белгілеу үшін пайдалану қажет. Негізгі қауымдастықтар – көлемінің үлкендігімен және ұйымдастырылуының толық аяқталуымен сипатталады, бұл олардың салыстырмалы тәуелсіздігін қамтамасыз етеді. Ұсақ қауымдастықтар – белгілі бір дәрежеде көршілес қауымдастықтарға тәуелді болып келеді. Қауымдастықтарға өзіне тән трофтық байланыстар мен энергетикалық алмасу ғана емес, белгілі бір құрылымдық бірлік тән, бұл кейбір түрлердің қатар тіршілік ету мүмкіндігін қамтамасыз етеді.

В.Шелфорд – биотикалық қауымдастықтарды зерттеген, оларға «салыстырмалы, таксономикалық құрамы мен сыртқы алмасуы бойынша біркелкі жиынтық» ретінде анықтама берген алғашқы эколог. Бұған – «және қоректік байланыстарының белгілі құрылымы мен метаболизмі бойынша» дегенді қосуға болады.

Биотикалық қауымдастық метаболизмдік өзгерістердің коэволюциясы  нәтижесінде физикалық мекендеу ортасының өзіне бөлінген кеңістігінде тұтас бірлік ретінде қызмет атқаратын популяциялар жиынтығы ретінде анықталады.

Екі түр арасындағы өзара қарым-қатынастар типтері:

1/ бейтараптық; 2/ бәсекелестік; 3/ аменсализм; 4/ паратизитизм; 5/ жыртқыштық; 6/ комменсализм; 7/ протокооперация; 8/ мутуализм.

Бәсекелестік және түрлердің бірге тіршілік етуі. Бәсекелестік – ортақ ресурс алуға талпынатын 2 ағзаның өзара қарым-қатынасы. Түраралық бәсекелестік - екі немесе одан да көп популяция түрлерінің арасындағы олардың өсуі мен тіршілік етуіне қолайсыз әсер ететін кез келген өзара қарым-қатынас. Туыстығы немесе басқадай ерекшеліктері жағынан жақын түрлер арасында болатын бәсекелестік нәтижесінде байқалатын экологиялық бөліну тенденциясы Гаузенің бәсекелестік ығыстыру принципі деп аталады. Сонымен қатар, бәсекелестік - іріктеу (эволюция) процесі барысында берілген кеңістікте немесе қаумдастықта тіршілік ететін түрлердің алуантүрлілігінің ұлғаюына әкеп соқтыратын көптеген бейімділіктердің тууына ықпал етеді. Парк (1954), Брайнер (1956), Кромбе (1947) ұн қоңыздарын зерттеу барысында, алғаш рет жанама бәсекелестік, немесе пайдаланушылық бәсекелестікпен тура бәсекелестік, немесе интерференциялық бәсекелестік арасындағы айырмашылықты тапты.

Экожүйе және оның құрылымы. «Биогео-ценоз» ұғымы шет елдерде кеңінен таралған, 1935 жылы А.Тенсли ұсынған «Экожүйе» ұғымына жақын. Тірі ағзалар бірге өмір сүретін, өзара және табиғаттың жансыз (абиотикалық) бөліктермен қарым-қатынас жасайтын, жанды және жансыз бөлшектері арасында заттар айналымы болып тұратын ортаны экологиялық жүйе деп атайды.

Экологиялық жүйе тіршілікке қажетті  жанды және жансыз табиғаттан тұратын  болғандықтан ол табиғаттың құрамының негізі болып есептеледі де, барлық ғылыми зерттеулер экологиялық жүйеден басталады.

Экологиялық жүйе көлемі жағынан түрлі  болып, кішкентай шалшық суда, үлкен  орманда жеке қатарына жатуы мүмкін.Көршілес орналасқан экологиялық жүйелер арасында белгілі қалыптасқан байланыстар мен зат айналымы болып тұрады. Энергия қуаты экологиялық жүйе үшiн қозғаушы күш болып есептеледi.

Энергия қуатының көзiне байланысты экологиялық  жүйелер төмендегiдей тұрлерге бөлiнедi.

1. Энергияны күн сәулесiнен алып, табиғаттың басқа көздерiнен, адам-дардан алмайтын жүйелер.

2. Энергияны күн сәулесiнен және  табиғат көзiнен алатындар.

3. Энергия күн сәулесiнен және  адамдардан алатын топтар.

4. Энергияны отыннан алатындар.

Құрылымына байланысты экологиялық  жүйелердің бiрнеше түрі бар:

1. Құрлықтық экологиялық жүйелер.

2. Тұшы сулар экологиялық жүйелері.

3. Құрлық сулары экологиялық  жүйелерi.

4. Теңiз сулары экологиялық жүйелерi.

5. Ашық мұхиттар экологиялық  жүйелерi.

Кез келген экожүйе екі бөліктен тұрады: