книги / Основы экологии

УДК 574(075.8) ББК 28.081я73 К 44

Р ецен зен ты :

кафедра географии Беларуси Брестского государственного универси­ тета (зав. кафедрой В .Я .Н аум енко); академик НАН Беларуси, доктор биологических наук профессор В.И.П ар ф ен ов; доктор биологических наук Г .Ф .Р ы ковский

I ОТ АВТОРА

В настоящее время особую озабоченность экологов, как и предста­ вителей других наук, вызывает проблема сохранения планеты Земля в качестве среды обитания человечества. Информация о нынешнем со­ стоянии этой среды и соответствующий прогноз не только противоре­ чивы — порой они имеют угрожающий характер. Разобраться в этих проблемах и обилии информации возможно только при наличии глубо­ ких знаний о законах природы, при четком понимании того, что мир един, несмотря на существование границ между государствами. Оче­ видно, что экологического благополучия для населения только одного государства быть не может. По этим и многим другим причинам эколо­ гия как наука и как учебная дисциплина выходит на первый план. Сейчас она изучается студентами практически всех факультетов боль­ шинства вузов Республики Беларусь.

Переиздание учебного пособия “Основы экологии” вызвано тем, что высшие учебные заведения Беларуси испытывают острую нехватку эко­ логической литературы. Подготовить учебное пособие, которое удов­ летворяло бы всех обучающихся - задача невероятно трудная, возмож­ но, невыполнимая, потому что существуют различные толкования ис­ токов и компонентов этой науки. Достаточно отметить: биологи до сих пор считают экологию биологической дисциплиной, хотя она уже разви­ вается на географических и других природоведческих идеях, вбирая новейшие достижения точных наук - физики, математики, химии, обогащая их, в свою очередь, представлениями о единстве, взаимосвя­ зи живого и неживого. Поэтому унифицированного использования со­ держания пособия не должно быть. Изучение его разделов целесооб­ разно согласовывать с учебными планами и программами по подготов­ ке разнопрофильных специалистов.

Современная экология анализирует природные условия (факторы) существования живых организмов, включая человека, и их изменения под влиянием разнообразных преобразующих или разрушающих антро­ погенных воздействий. Автор попытался проследить возникновение, развитие и функционирование биосферы как планетарной системы и показать, насколько это возможно в рамках учебного пособия, вклад Беларуси в общую экологическую ситуацию. Изучение экологических проблем требует также знаний об организации жизни на Земле. Краткая информация об этом может быть полезна для понимания последствий изменения природной среды.

Учебное пособие знакомит с важнейшими надорганизменными сис­ темами, такими как биоценоз, экосистема, популяция, в которых при­ рода предстает во всем своем единстве и неразрывности многочисленных связей. Эти объекты научных интересов экологии стали основными в природоохранных усилиях государств.

Таким образом, сделана попытка определить место экологии в со­ временном естествознании, цели и задачи экологических исследова­ ний, а также ее практические интересы.

Автор считает своим долгом выразить признательность рецензен­ там доктору биологических наук Г.Ф .Рыковскому, профессору В.Я.Науменко и сотрудникам кафедры общей экологии биологическо­ го факультета Белорусского государственного университета за советы и замечания, способствовавшие улучшению рукописи.

экология

КАК

НАУКА

Глава

1.1. ЭКОЛОГИЯ В СИСТЕМЕ НАУК О БИОСФЕРЕ

Весь органический мир Земли (живая природа) и ок­ ружающая его природная среда (неживая природа), об­ разующие биосферу, являются ее основными, невероят­ но сложными и взаимодействующими структурными со­ ставляющими. Все проявления жизни: строение и функ­ ции живых существ, их происхождение, развитие и распространение, связи друг с другом и с неживой при­ родой, а также образуемые ими сообщества изучает биоло­ гия. Неживая природа и ее компоненты —рельеф, кли­ мат, воды, суша, океан и ледяной покров —исследуются физической географией.

Фундаментом для биосферы служит земная кора — самая верхняя из твердых оболочек планеты. Состав, стро­ ение, историю развития и движения земной коры изуча­ ет геология. На стыке биологии, физической географии и геологии возникла наука о биосфере, которая изучает планетарную систему организации жизни на Земле.

Биосфера как система планетарного уровня организа­ ции состоит из отдельных взаимосвязанных структурных образований — экосистем, или биогеоценозов, представ­ ляющих собой природные комплексы, которые образо­ ваны живыми организмами и средой их обитания. Эти комплексы различной степени сложности и организован­ ности, связанные общим потоком вещества и энергии, являются объектом изучения экологии.

Экология рассматривает прежде всего организмы как живые существа, которые обладают совокупностью свойств, отличающих их от неживой материи. В боль­ шинстве случаев это клеточная организация, обмен веществ, движение, раздражимость, рост и развитие,

Экология (rp.oikos — дом, родина) — это наука, изучающая организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней. Под такими сис­ темами следует понимать все биологические и биокосные (состоящие из организмов и неживых компонентов природы) системы, которые служат “домом” для орга­ низма. Размеры “дома” могут колебаться от небольшого пространства до природной зоны, материка и всей био­ сферы. Учение о биосфере является составной частью на­ уки экологии. Термин “экология” введен в 1866 г. не­ мецким биологом Э.Геккелем (1834—1919).

Экология стремится познать все многообразие органи­ зации жизни на Земле, взаимосвязей между животны­ ми, растениями; грибами, микроорганизмами и средой их обитания. Она служит научной основой рационально­ го использования и охраны биологических ресурсов. В задачи экологии входят также прогнозирование измене­ ний природы под влиянием деятельности человека, на­ учное обеспечение восстановления нарушенных, при­ родных систем и заповедного дела. Конечной целью эко­ логических, как и географических, исследований явля­ ется сохранение среды обитания человека.

Упорядочивая знания об организации жизни на Зем­ ле и ее связи с исключительно сложной средой обита­ ния, экология распадается на множество разделов, име­ ющих свой объект исследования. Прежде всего она клас­ сифицируется по конкретным биологическим объектам. Например, экология растений, экология животных, эко­ логия микроорганизмов изучают взаимодействие этих организмов со средой обитания. При описании любого вида (рода, семейства) в биологии всегда указывается, на какой территории и в каких природных условиях он распространен. Эти направления исследований получи­ ли названия географической и экологической ботаники, географической и экологической зоологии. В данном слу­ чае экология сохранила свои биологические корни. От­ расли экологии дифференцируются также в зависимости от среды, местообитания организмов: выделяются эколо­ гия суши, экология моря, экология озера, экология высо­ когорий и т.д. В соответствии с уровнями организации живого экология подразделяется на аутэкологию и синэкологию.

Аутэкология исследует взаимодействие со средой от­ дельных особей или их групп, относящихся к одному виду (популяции). При этом особь либо популяция как бы изолируется от целостной биологической системы, в ко­ торую она входит, с целью познания ее взаимодействия со средой обитания. Полученная информация позволяет оценить роль и значение одной особи или группы особей в природе. Однако этой информации недостаточно для решения проблем, связанных с охраной природы и вос­ становлением используемых биологических ресурсов. Например, невозможно успешно выполнять лесовосста­ новительные работы, не исследуя лес как целостную си­ стему, включающую присущие ей растительные и жи­ вотные организмы.

Все уровни организации живого выше организма по отношению к нему являются надорганизменными систе­ мами. Синэкология исследует эти надорганизменные, в основном многовидовые, сообщества растений, животных, грибов и микроорганизмов — биоценозы. Сообщество и абиотическая среда, функционирующие совместно, обра­ зуют экосистему, или биогеоценоз, а совокупность эко­ систем —ландшафт, т.е. природный комплекс географи­ ческого ранга. Для характеристики экосистем привлека­ ется информация о геологическом фундаменте, гидроге­ ологических условиях, рельефе, климате, почвах и т.д. Таким образом, экология тесно соприкасается с ландшафтоведением —отраслью физической географии, объекта­ ми исследования которой являются сложные природные и природно-антропогенные образования.

Взаимосвязь между физической географией и эколо­ гией нашла также отражение в становлений геоэкологии (ландшафтной экологии, или экологии ландшафтов). Выделение геоэкологии в самостоятельную науку связа­ но с целесообразностью объединить изучение простран­ ственного взаимодействия природных явлений с иссле­ дованием “вертикальных” взаимоотношений между ними в границах определенного природного комплекса (экоси­ стемы, ландшафта).

Интересы геоэкологии сосредоточены на анализе струк­ туры и функционирования ландшафтов, взаимоотноше­ ний их составных биотических и косных (абиотических, неживых) компонентов, воздействия общества на природ­

ные составляющие. Однако термины ‘‘геоэкология” и “ландшафтная экология” пока не получили широкого распространения. По мнению немецкого физико-гсографа, исследователя ландшафтов К.Тролля, они являются си­ нонимами биогеоценологии. Иногда под геоэкологией понимают экологию геологической среды. В современ­ ной географии утверждается представление о геоэколо­ гии как системе наук о взаимодействии геосфер Земли и общества. Земля рассматривается как единая система, обеспечивающая человечество ресурсами и средой обита­ ния, что сопровождается определенными разрушениями в биосфере. Конечная цель геоэкологии заключается в разработке экологической политики на глобальном, на­ циональном и локальном уровнях.

Экология человека —комплексная дисциплина, иссле­ дующая общие законы взаимодействия и взаимовлияния биосферы и антропосистемы (Стадницкий, Родионов, 1988). Антропосистему образуют все структурные уров­ ни человечества, все группы людей и индивидуумы.

Перечень задач, решаемых экологией человека, чрез­ вычайно широк. В их совокупности различаются два на­ правления. Одно связано с влиянием природной (гео­ графической) среды и ее компонентов на антропосистему, другое вытекает из необходимости изучать последствия антропогенной деятельности.

Во второй половине XX века человек расширил сферу своего обитания, сделав доступным не только околозем­ ное, но и далекое космическое пространство. Совершенно новое направление экологии человека —космическая эко­ логия исследует пилотируемые спутники Земли как ис­ кусственные экосистемы и влияние космических факто­ ров на человеческий организм, являющийся ядром этой сис­ темы. В данном случае интересы экологии космической тесно переплетаются с интересами экологии медицинской.

Самостоятельным направлением в экологии человека является социальная экология. Она анализирует взаимо­ отношения между социальными группами населения и средой. Однако предмет исследования и место социаль­ ной экологии в системе экологических наук трактуются по-разному: основным объектом социальной экология выступают или человек как биологический вид, или социальные механизмы взаимосвязи человеческого об­ щества с окружающей средой.

Рассматривая человека как биологический вид, соци­ альная экология тесно соприкасается с социобиологией, или социальной биологией, наукой о биологических основах любого общественного явления.

Говоря о взаимоотношениях экологии, физической географии и биологии,' следует сказать и о биогеоценологии,‘ науке о взаимосвязанных и взаимодействующих комплексах живой и неживой природы —биогеоценозах и их планетарной совокупности —биогеосфере, которая представляет собой часть биосферы с наибольшей кон­ центрацией жизни. В биогеоценологии, развивающейся также на стыке биологических и географических отрас­ лей знания, используется комплексный подход к изуче­ нию живой природы.

При отыскании причин современной организации жизни на Земле и распространения организмов учение о биосфере черпает сведения из исторической геологии и палеонтологии.

Экология, будучи комплексной наукой, изучающей организацию жизни на планете и условия ее существова­ ния, в своем научном языке широко использует термины из географических и биологических дисциплин, такие как флора, фауна, биота, растительность, растительный покров, животный мир, биом и многие другие. В то же время некоторые понятия экологии стали уже общеупот­ ребительными. Среди них следующие.

Среда (окружающая среда, экзогенная среда) — сово­ купность абиотических (косных) и биотических условий обитания животных, растений, грибов и микроорганизмов.

Природная среда — совокупность всех естественных условий, тел и явлений, с которыми организм находится в прямом или косвенном взаимодействии.

Экосистема — природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, которые связаны между собой обменом веществ и энергии. Является одним из основных понятий экологии. Прило­ жимо к объектам разной сложности и размерности, но в большинстве своем имеющим четкие границы. Экосисте­ мой можно считать каждую отдельную кочку на болоте, болото в целом, озеро, реку, море, лесной массив, пус­ тыню, природную зону, материк, океан и всю планету Земля.

1.2. КРАТКИЙ ОЧЕРК РАЗВИТИЯ

Экология как наука имеет длительный предваритель­ ный этап накопления сведений об органическом мире и природных условиях на Земле. Этот этап охватывает пе­ риод от социального становления человека до XVIII века, когда в естествознании появились первые научные гипо­ тезы, объясняющие происхождение и разнообразие орга­ нического мира, а также его зависимость от географи­ ческих условий.

История развития представлений о биосфере отража­ ет изменение взглядов на природу, непосредственно ок­ ружающую человека. Элементы знаний, которые стали отправными для формирования понятия о биосфере в целом и возникновения науки экологии, постепенно на­ капливались и анализировались географией, биологией и геологией.

Истоки учения о биосфере, по всей видимости, следу­ ет искать в первых религиозно-философских воззрениях на природу и место человека в ней. Понимание природы бытия как безличной единой духовной сущности, прони­ зывающей Вселенную, в качестве философской проблемы определилось еще в начале первого тысячелетия до на­ шей эры, возникнув в сфере индийских жрецовбрахманов. В основе брахманизма лежат представления о творце Вселенной, об одушевленности природы и пере­ воплощении всех живых существ.

Гармонию человека и Космоса проповедует конфуци­ анство —этико-политическое учение, возникшее в Древ­ нем Китае в VI веке до н.э. Буддизм, сложившийся тогда же в Древней Индии, связывая жизнедеятельность лич­ ности с внешним миром, считает бытие вечным страда­ нием, а страдание —космической реальностью.

Большое внимание происхождению Вселенной и при­ роде вещей уделила древнегреческая философия, которая заимствовала у народов более древних цивилизаций зна­ ния по астрономии, географии, физике. Решая проблему происхождения Вселенной, она разрушала мифологичес­ кие представления о мире и человеке. Почти все фило­ софы Древней Греции были и естествоиспытателями. Им принадлежит множество общих гипотез и теорий, кото­