Концепция экосистемы

 

Содержание 

 

1.Краткая  история и предмет экология 

2.Общие закономерности их действие на живые организмы

2.1Принципы  лимитирующих факторов. Закон толерантности

3. Концепция  экосистемы. Изучение экосистем.  Стабильность (гомеостаз) экосистем.

4. Энергия  в экологических системах. Жизнь как термодинамический процесс. Пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни.

5.Эволюция  биосферы. Теория большого взрыва  как гипотеза зарождения Вселенной.  Теория Опарина как гипотеза  возникновения жизни на планете.  Большой биологический взрыв как гипотеза перехода от неживой природы к живой в форме организации материи.

6. Структура  и основные типы биогеохимических  циклов.

7. Кислотные  дожди. Формирование состава и кислотности атмосферных осадков и поверхностных вод. Основные кислотообразующие газы в атмосфере.

7.1. Тропосферные  реакции диоксида серы: фотохимическое  и инициированное фотохимическое  окисление, окисление в жидкой  фазе. Фотохимические реакции оксидов  азота в тропосфере.. Вклад хлористого  водорода.

8. Принципы  рационального использования природных ресурсов.

9. Экозащитная  техника и технологии.

Основные  промышленные методы очистки сточных  вод (механические, химические, физико-химические, биохимические, термические).

Технологические схемы очистки и применяемое  оборудование.

10. Административная  ответственность за экологические  правонарушения. Гражданско-правовая ответственность за экологические правонарушения

11. Международное  сотрудничество в области окружающей  среды.

10. Список  использованной литературы

 

 

 

1 Краткая история и предмет экология.

 

Экология - это  наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей их неорганической природой, о связях в надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем.

Экология  как наука сформировалась лишь в середине прошлого столетия, после того, как были накоплены сведения о многообразии живых организмов на Земле, об особенностях их образа жизни. Возникло понимание, что не только строение и развитие организмов, но и взаимоотношения их со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые заслуживают специального и тщательного изучения.

Термин «экология» ввел известный немецкий зоолог Э. Геккель, который в своих трудах «Всеобщая  морфология организмов» (1866) и «Естественная  история миротворения» (1868) впервые попытался дать определение сущности новой науки. Слово «экология» происходит от греческого oikos, что означает «жилище», «местопребывание», «убе-жище». Э.Геккель определял экологию как «общую науку об отношениях организмов к окружающей среде, куда мы относим в широком смысле все условия существования. Они частично органической, частично неорганической природы; но как те, так и другие име-ют весьма большое значение для форм организмов, так как они принуждают приспосаб-ливаться к себе».

Накопление  сведений об образе жизни, зависимости  от внешних условий, характере распределения  животных и растений началось очень  давно. Первые попытки обобщения  этих сведений мы встречаем в трудах античных философов. Аристотель (384-322 до н. э.) описал свыше 500 видов известных ему животных и рассказал об их поведении, например о миграциях и зимней спячке рыб, перелетах птиц, строительной деятельности животных, паразитизме кукушки, способе самозащиты у каракатицы и т. д. Ученик Аристотеля, «отец ботаники» Теофраст Эрезийский (371-280 до н. э.) привел сведения о своеобразии растений в разных условиях, зависимости их формы и особенностей роста от почвы и климата.

В ХУII-ХУIII вв. экологические сведения составляли нередко значительную часть в  работах, посвященных отдельным группам живых организмов, например в трудах А.Реомюра о насекомых (1734), Л. Трамбле о гидрах и мшанках (1744), или в описаниях путешествий, предпринимаемых натуралистами.

Много путешествий  по неизведанным краям России было организовано в XVIII в. В трудах С.Л. Крашенинникова, И.И. Лепехина, П.С. Палласа и других русских географов, и натуралистов указывалось на взаимосвязанные изменения климата, растительности и жи-вотного мира в различных частях нашей обширной страны. П.С. Паллас в своем капиталь-ном труде «Зоография» подробно описал образ жизни 151 вида млекопитающих и 425 ви-дов птиц и такие биологические явления, как миграции, спячка, взаимоотношения родст-венных видов и т. п.

 

2 Общие закономерности  их действие на живые организмы.

 

Жан Батист Ламарк (1744-1829), автор первого эволюционного учения, считал, что влияние «внешних обстоятельств» - одна из самых важных причин приспособительных изменений организмов, эволюции животных и растений. Дальнейшему развитию экологи-ческого мышления способствовало появление в начале XIX столетия биогеографии. Тру-ды Александра Гумбольдта (1807) определили новое экологическое направление в геогра-фии растений. А. Гумбольдт ввел в науку представление о том, что «физиономия» ланд-шафта определяется внешним обликом растительности. В сходных зональных и верти-кально-поясных географических условиях у растений разных таксономических групп вы-рабатываются сходные «физиономические» формы, т. е. одинаковый внешний облик; по распределению и соотношению этих форм можно судить о специфике физико-географической среды. Появились первые специальные работы, посвященные влиянию климатических факторов на распространение и биологию животных, например книга не-мецкого зоолога К. Глогера об изменениях птиц под влиянием климата (1833) и датчанина Т. Фабера об особенностях биологии северных птиц (1826), К. Бергмана о географических закономерностях в изменении размеров теплокровных животных (1848). А. Декандоль в «Географии растений» (1855) подробно описан влияние отдельных факторов среды (тем-пературы, влажности, света, типа почвы, экспозиции склона) на растения и обратил вни-мание на повышенную экологическую пластичность растений но сравнению с животными.

Профессор Московского  университета, К.Ф. Рулье (1814- 1858) разработал широкую систему экологического исследования животных, «зообиологии», в его понимании, и оставил ряд трудов типично экологического содержания, например типизацию общих осо-бенностей водных, наземных и роющих позвоночных и т. д.

В 1859 г. появилась  книга Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». Ч. Дарвин пока-ал, что «борьба за существование» в природе, под которой он понимал все формы проти-воречивых связок вида со средой, приводит к естественному отбору, т. е. является движу-щим фактором эволюции. Стало ясно, что взаимоотношения живых существ и связи их с неорганическими компонентами среды («борьба за существование») - большая самостоя-тельная область исследований.

Термин «экология» прижился не сразу и получил всеобщее признание лишь к концу XIX в. Во второй половине XIX столетия содержанием экологии было в основном изучение образа жизни животных и растений и их адаптации к климатическим условиям: темпе-ратуре и световому режиму, влажности и т. д. В этой области был сделан ряд важных обобщений. Продолжая «физиономическое» направление А. Гумбольдта, датский ботаник Е. Варминг в книге «Ойкологическая география растений» (1895) обосновал понятие о жизненной форме растения. А.Н. Бекетов (1825-1902) выявил связь особенностей анато-мического и морфологического строения растений с их географическим распространением и указал на значение физиологических исследований в экологии. А. Ф. Миддендорф, изу-чая общие черты строения и жизни арктических животных, положил начало применению учения Гумбольдта к зоологическим объектам. Д. Аллен (1877) нашел ряд общих законо-ерностей в изменении пропорций тела и его выступающих частей и в окраске североамериканских млекопитающих и птиц в связи с географическими изменениями климата.

В начале XX столетия оформились экологические школы гидробиологов, фитоценологов, ботаников и зоологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки. На III ботаническом конгрессе в Брюсселе в 1910 г. экология расте-ний официально разделилась на экологию особей (аутэкологию) и экологию сообществ (синэкологию). Это деление распространилось также на экологию животных, равно как и на общую экологию. Появились первые экологические сводки - руководства к изучению экологии животных Ч. Адамса (1913), книги В. Шелфорда о сообществах наземных жи-вотных (1913), С.А. Зернова по гидробиологии (1913). В 1913-1920 гг. были организованы экологические научные общества, основаны журналы, экологию начали преподавать в университетах.

К 30-м годам, после разносторонних исследований и дискуссий, выкристаллизовались основные теоретические представления в области биоценологии: о границах и структуре биоценозов, степени устойчивости, возможности саморегуляции этих систем. Углуб-лялись исследования типов взаимосвязей организмов, лежащих в основе существования биоценозов. Разрабатывалась соответствующая терминология.

В разработку физиологических основ экологии растений, продолжая традиции К.А. Тимирязева, много ценного внес Н.А. Максимов.

В 30-х годах  оформилась новая область экологической науки - популяционная экология. Основоположником ее следует считать английского ученого Ч. Элтона.

Представления о популяциях стали особенно энергично развиваться в экологии после того, как оформилась популяционная генетика, а в систематике стали рассматривать вид как сложную систему. Развитию популяционных исследований сильно способствовали также запросы практики - острая необходимость разработки основ борьбы с вредителями и конкурентами в сельском и лесном хозяйстве, истощение запасов ряда ценных промысло-вых животных, открытие роли некоторых диких животных в распространении паразитов и возбудителей болезней человека и домашнего скота.

В развитие популяционной  экологии в нашей стране большой  вклад внесли С.А. Северцов, С.С. Шварц, Н.П. Наумов, Г.А. Викторов, работы которых во многом определя-ют современное состояние этой области науки.

Начало исследований популяций у растений было положено трудами Е.Н. Синской (1948), много сделавшей  по выяснению экологического и географического полиморфизма видов.

Параллельно развиваются и другие области  экологии, тесно связывающие эту  науку с традиционными областями  биологии. В развитие морфологической  и эволюционной эко-логии животных большой вклад внес М.С. Гиляров, выдвинувший предположение, что почва послужила переходной средой в завоевании членистоногими суши (1949). Пробле-мы эволюционной экологии позвоночных животных нашли отражение в трудах С.С. Шварца.

И.С. Серебряковым была создана новая, более глубокая классификация жизненных форм цветковых растений. Возникла палеоэкология, задача которой - восстановление картины образа жизни вымерших форм.

С начала 40-х  годов в экологии возник принципиально новый подход к исследованию природных экосистем. В 1935 г. английский ученый А. Тенсли выдвинул понятие экосистемы, а в 1942г. В. Н. Сукачев обосновал представление о биогеоценозе. В этих по-нятиях нашла отражение идея о единстве совокупности организмов с абиотическим окру-жением, о закономерностях, которые лежат в основе связи всего сообщества и окружаю-щей неорганической среды, о круговороте вещества и превращениях энергии.

Экология  – это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в  любых её проявлениях, на всех уровнях  интеграции) в их естественной среде обитания с учётом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.

Следовательно, основным содержанием современной экологии становится исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-биоценотическом уровне и изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга: биогеоценозов (экосистем) и биосферы, их продуктивности и энергетики.

Отсюда очевидно, что предметом исследования экологии являются биологические макросистемы (популяции, биоценозы, экосистемы) и их динамика во времени и про-странстве.

Из содержания и предмета исследований экологии вытекают и её основные задачи, которые могут  быть сведены к изучению динамики популяций, к учению о биогеоценозах  и их системах. Структура биоценозов, на уровне формирования которых, как было отме-чено, происходит освоение среды, способствует наиболее экономичному и полному ис-пользованию жизненных ресурсов. Поэтому главная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.

 

2.1 Принципы лимитирующих  факторов. Закон толерантности.

Важное следствие  иерархической организации состоит  в том, что по мере объединения компонентов, или подмножеств, в более «крупные функциональные единицы, у этих новых единиц возникают новые свойства, отсутствовавшие на предыдущем уровне. Такие качественно новые, эмерджентные, свойства экологического уровня или экологической единицы нельзя предсказать, исходя из свойств компонентов, составляющих этот уровень или единицу. Иными словами, свойства целого невозможно свести к сумме свойств его частей. Хотя данные, полученные при изучении какого-либо уровня, помогают при изуче-нии следующего, с их помощью никогда нельзя полностью объяснить явления, происхо-дящие на этом следующем уровне; он должен быть изучен непосредственно.

Для иллюстрации  принципа толерантности приведем два  примера, один из химии, другой из экологии. Водород и кислород, соединяясь в определенном соотношении, образуют воду, жидкость, совершенно непохожую по своим свойствам на исходные газы. А определенные водоросли и кишечнополостные животные, эволюционируя совместно, об-разуют систему кораллового рифа, возникает эффективный механизм круговорота элемен-тов питания, позволяющий такой комбинированной системе поддерживать высокую про-дуктивность в водах с очень низким содержанием этих элементов. Следовательно, фанта-стическая продуктивность и разнообразие коралловых рифов - эмерджентные свойства, характерные только для уровня рифового сообщества.

При каждом объединении  подмножеств в новое множество  возникает по меньшей мере одно новое  свойство; предлагается различать эмерджентные свойства, определение которых дано выше, и совокупные свойства, представляющие собой сумму свойств ком-понентов. И те и другие - свойства целого, но совокупные свойства не включают новых или уникальных особенностей, возникающих при функционировании системы как целого. Рождаемость - пример совокупного свойства, поскольку она представляет собой лишь сумму индивидуальных рождений за определенный период, выраженную в виде доли или процента общего числа особей в популяции. Эмерджентные свойства возникают в резуль-тате взаимодействия компонентов, а не в результате изменения природы этих компонен-тов. Части не «сплавляются», а интегрируются, обусловливая появление уникальных но-вых свойств.