1.2. Структура сучасної екології.

Сучасна екологія по суті розчленована на чотири взаємозв'язані, але до певної міри самостійні розділи, що логічно виходить один з одного.

факторіальна екологія, або автекологія, що вивчає фактори середовища на живі організми;

демекологія, що вивчає популяції та їхній зв'язок між собою і довкіллям.

синекологія, що розглядає закономірності співіснування організмів, їх угрупувань одне з одним й умовами існування;

соціальна екологія, що вивчає взаємодію людини та біосфери й місце людського суспільства в природі.

Існують й інші способи розділу екології. К.М.Ситник та М.І.Будико (1990-1992) розділяють екологію на три частини:

загальна екологія, що вивчає головні закономірності функціонування екосистем,

глобальна екологія, що вивчає біосферу в цілому (за іншою термінологією це біосферологія),

та прикладна екологія об'єктом вивчення якої є взаємовідносини живих організмів із середовищем.

Г.О.Білявський та М.М.Падун (1991) дотримуються точки зору, що в екології існує п'ять основних блоків:

а) біоекологія; б) геоекологія; в) техноекологія, г) соціоекологія; д) космічна екологія.

Найвищим за рангом, що використовується в класифікації узагальнюючим поняттям, є

"універсальна екологія", або "загальна екологія" - наука про стратегію й практику збереження та стабільного розвитку життя на Землі. Вона узагальнює всю екологічну формацію, що надходить з інших підрозділів і сприяє прийняттю науково обгрунтованих рішень по реалізації планів розвитку цивілізації.

Універсальній екології підпорядковані два блоки екологічних досліджень: теоретична екологія та практична екологія.

У теоретичну екологію входить розділ І - екологія живих організмів (біоекологія) який складається з підрозділів: екологія людини, екологія мікросвіту, екологія рослинта екологіятварин.

Практична екологія об'єднує три розділи:

I. Науки про охорону та раціональне використання природних ресурсів;

II. Науки про соціально-економічні фактори впливу на довкілля;

III. Науки про техногенні фактори забруднення довкілля.

Кожен із зазначених розділів повинен вирішувати своє коло проблем, але всі вони тісно пов'язані між собою.

Г.Швебс у центр схеми класифікації екологічного значення ставить культуру як основу накопичених людством знань і як елемент творчої діяльності (культуру виробництва, землерробства, поведінки, природокористування, фізичну тощо).

У схемі Г.Швебса заслуговує на увагу слушне виділення серед основних чотирьох уже відомих блоків економічних знань (біоекологія, геоекологія, техноекологія, екологія людини), розділів "екологія душі" та "екологія культури", яка досліджує питання екологічної етики, екологізацію мистецтва, дипломатії.

1.3. Основні екологічні поняття і визначення.

Біосфера - область існування жививх організмів і продуктів їх житєдііяльності. Нині вона розглядається як глобальна саморегулююча відкрита система, яка охоплює й активно перетворює речовинні та енергетичні характеристики літосфери, гідросфери та атмосфери завдяки невпинній діяльності живих організмів упродовж всієї геологічної історії Землі.

Основною (елементарною) функціональною одиницею біосфери є екосистема, яка являє собою сукупність організмів й умов їх існування, що утворює систему взаємонезалежних явищ і процесів. Вона єдиний природний комплекс, утворений за довгий період живими організмами й середовищем, в якому вони існують, і де всі компоненти тісно пов'язані обміном речовин, енергії та інформації.

Виділяють мікросистеми (пенсак з грибами, болітце), мезоекосистеми (ділянка лісу, озеро, водосховище) і макроекосистеми (континент, океан).

Другими словами, екосистема являє собою природну динамічну територіальну саморегульвану систему, що складається з двох підсистем: біоценозу - історично сформованого угрупування рослин, тварин і мікроорганізмів, пов'язаних між собою тофічними зв'язками та біотоном - однорідної у фізико-географічному відношенні ділянки земної поверхні, на якій сформувався і з якою взаємодіє в процесі своєї життєдіяльності біоценоз.

Глобальною екосистемою є біосфера нашої планети Земля.

Стабільність екосистеми - це закладена в її генетичній програмі здатність протягом усього періоду існування реалізувати в мінливих умовах зовнішнього середовища свою життєву програму розвитку.

Стійкість живої системи - це її здатність завдяки внутрішнім механізмам захисту протистояти зовнішнім негативним впливам і адаптуватися до них без істотних змін.

Одним з важливих екологічних понять є гомеостаз.

Гомеостаз - стан внутрішньої динамічної рівноваги природної системи (екосистеми), що підтримується регулярним відновленням її основних елементів і речовинно-енергетичного складу, а також постійним функціональним саморегулюванням компонентів.

Гомеостаз є характерним і необхідним для всіх природних систем - від атома й організму до космічних предметів.

Вид (біологічний) - сукупність організмів зі спорідненими морфологічними ознаками, які можуть схрещуватися один з одним і мають спільний генофонд.

Популяція - сукупність особин одного виду з однаковим генофондом, що живе на спільній території протягом багатьох поколінь.

Усі популяції характеризуються властивостями, завдяки яким підтримується їх чисельність на оптимальному рівні в умовах середовищ, що постійно змінюється. Ці властивості й є гомеостазом.

Природне середовище - це все живе і неживе, що оточує організм й з чим вони взаємодіють. Розрізняють повітряне, водне та ґрунтове середовище.

Екологічні фактори - всі складові (елементи) природного середовища, які впливають на розвиток й існування організмів і на які живі істоти реагують реакціями пристосування (за межами здатності пристосування настає смерть).

Розрізняють три основні групи екологічних факторів –

абіотичні (неорганічні умови: хімічні, фізичні, такі як склад повітря, води, грунтів, температура, світло, вологість, радіація, тиск тощо),

біотичні (форми взаємодії між організмами - хазяїн-паразит) та антропогенні (форми діяльності людини).

Одні і тіж екологічні фактори не однаково впливаюьт на організми різних видів, які живуть разом. Для одних вони можуть бути сприятливими, для інших - ні. Важливим елементом є реакція організмів на силу впливу екологічного фактору негативна дія якого може виникати у разі надлишку або нестачі дози.

Тому є поняття сприятлива доза або зона оптимуму фактора, й зона несимумуму (доза фактора, за якої організми почуваються пригніченими).

Діапазон зон оптимуму й песимуму є критерієм для визначенні екологічної валентності - здатності живого організму пристосовуватися до змін умов середовища.ї

За екологічною валентністю організми поділяються на

стенобіонти - з малою пристосованістю до змін середовища (орхідеяч, форель) та

еврибіонти - з великою пристосованістю до змін довкілля (колорадський жук, миші, вовки, очерет, пирій).

Слід наголосити, що в природі екологічні фактори діють колективно, де негативна дія однієї хімічної речовини накладеється на негативну дію інших, до нього додається вплив стресової ситуації, шумів, різних фізичних полів - радіаційного, теплового чи електромагнітного і в результаті "сумаційним" ефект буде значно посиленим.

5

Важливим є також поняття лімітуючі фактори, тобто такі, рівень (доза) яких наближається до межі витривалості організму концентрація якого нижча або більша оптимальної. Найчастіше лімітуючим фактором є температура, світло, біогенні речовини, тиск у середовищі тощо.

Найбільне поширені організми з широким діапазоном толерантності щодовсіх еклогічних фаторів. Найвищо толерантність характерна для бактерій і синьо-зелених водоростей, які виживають у широкому діапазоні темеператури, радіації, РН, солоності тощо.

Наступним важливим поняттям є ланцюг живлення (трофічний ланцюг) - взаємовідносини між організмами під час переносу енергії і їжі від її джерела (зеленої рослини) через ряд в організмі (шляхом поєднання) на більш високі трофічні рівні. На цьому шляху переносу енергії діють автотрофи -представники рослинного світу та гетеротрофи різного ступеня.

Ланцюги живлення - це живі канали, що подають енергію на гору, а смерть і тління повертають цю енергію у грунт. Оскільки система не замкнена, у процесі кожного переносу енергії їжі з одного трофічного рівня на інший (вищий) більша частина потенційної енергії (80-90%) губиться, переходячи в теплоту.

Ланцюги живлення поділяються на два типи: ланцюги пасовиськ (від зеленої рослини до травоїдної тварини і далі - до хижаків, що поїдають рослиноїдних тварин) і детритні (ланцюги розкладу від детриту через мікроорганізми до детритофагів і їх споживачів - хижаків).

Лінії залежності, які відображають передачу енергії, що містить в собі їжа, від її першоджерела (рослин, продуцентів) через низку організмів, кожен з яких поїдає попереднього і поїдається наступним називається ланцюгом живлення. Вони утворюють біотичну або екелогічну піраміду.

Людина - один із тисяч її щаблів, завдяки яким піраміда стає все вищою і складнішою. Найнижча сходинка - грунт, на неї спирається наступна — рослини, дальше - комахи, далі - птахи й гризуни, ще вище різні групи тварин. Найвищу та найвужчу сходинку становлять великі хижаки.

Пірамідальна форма системи живлення відображає зростанням чисельності живих істот від вершини до основи.

Ефективність трофічних ланцюгів оцінюється величиною біомаси екосистеми та її біологічною продуктивністю.

Біомаса - це загальна маса особин одного виду, груп видів чи спільноти вцілому (рослин, тварин. мікроорганізмів), яка припадає на одиницю поверхні (об'єм), місця проживання (в сирому чи сухому вигляді).

Найбільшу біомасу на суші серед гетеротрофів мають безхребетні та грунтові мікроорганізми (біомаса дощових червів може сягати 1000- 1200 кг/га); близько 990% біомаси біосфери припадає на біомасу наземних рослин, які за допомогою фотосинтезу - біосферного процесу - засвоюють вільну енергію та забезпечують існування всього живого. Початком біологічного кругообігу речовин є фотосинтез.

Найбільшою є біомаса тропічних лісів (до 1700 т/га).

6

Підраховано, що нині щорічної біомаси планети, яку збирає людство, вже недостатньо для харчування населення Землі, а вся біосфера здатна прогодувати не більше 7-10 млрд. чоловік.

Важливим також є поняття біологічний малий і геологічний великий кругообіг речовин, а також кругообіги води, азоту, вуглекислого газу як найголовніших з екологічної точки зору компонентів атмосфери, а також кругообіги сірки, фосфору, вуглецю, як найважливіших життєвих речовин біосфери.

Утворення живої речовини та її розклад. - це дві сторони єдиного процесу, який називається біологічним кругообігом хімічних елементів.

Кругообіг речовин - це їх багаторазова участь у природних процесах, що споконвічно відбувається в геосферах. Велику роль у кругообігу хімічних елементів відіграють живі організми, на що вперше звернув французький вчений Ж.Ламарк.

Дослідив це питання та сформулював основні закони біогеохімічного обміну В.Вернадський.

Малий або біологічний (біотичний) кругообіг має місце в межах малих екосистем, великий (геологічний) - у межах планети між океанами й контенентами. Під час кругообігу відбувається колоподібна циркуляція речовин між повітрям, грунтом, водою, рослинами, тваринами, мікроорганізмами, коли мінеральні речовини, потрібні для життя, поглинаються, трансформуються, надходять із навколишнього середовища до рослинних організмів, а від них через ланцюги живлення у вигляді органічних речовин, - до тварин, далі через ланку редуцентів - знову в навколишнє середовище (грунти, води, повітря) у вигляді неорганічних речовин.

Завдяки наявності в гідросфері та в атмосфері великого резервного фонду вуглецю, азоту, кисню, сірки, фосфору кругообіги можуть відносно швидко саморегулюватися.

Під час біологічного кругообігу відбуваються характерні зміни енергії у процесі переходу з одного трофічного рівня на інший. У трофічний кругообіг екосистеми в середньому залучається близько 1% сонячної енергії, на наступні вищі трофічні рівні в нижчих переходить лише 10% засвоєної організмами енергії, а у вигляді тепла розсіюється в екосистемі 80-90%.

Цей факт дозволив побудувати екологічні піраміди біомас, енергій екосистем.

Кожна точка на нашій планеті є часткою екосистеми. Кожна будь-яка з'їджена їжа, кожен ковток води пов'язують нас з біохімічними циклами екосистеми.

Для всіх екосистем світу характерні два основних процеси, які є загальними: поглинання сонячної енергії та її проходження через екосистему у відповідності до другого закону енергії, а також накопичення й кругообіг живлячих речовин у біохімічних циклах.

Біохімічний цикл - це біохімічні кругообіги - обмін речовиною, енергією між різними компонентами біосфери, який зумолений життєдіяльністю організмів і має циклічний характер.

У природі всі згадані цикли взаємопов'язані, а деякі з них (вуглець, кисень, азот, водень, сірка, фосфор, калій, кальцій та ін.) є ключовими для розуміння еволюції і сучасного стану біосфери.

Рушійними силами біохімічних циклів є потоки енергії Сонця та Космосу й енергії діяльності живої речовини (сукупності всіх організмів), які призводять до переміщення величезних мас хімічних елементів, акумулювання й перерозподілу енергії, накопиченої у процесі фотосинтазу.

Саме фотосинтез й циклічні кругообіги речовин створюють умови для організованості біосфери Землі і її нормального функціонування.

Екологічні піраміди - піраміди біомаси, чисел та енергії, які відображать зменшення цих величин від продуцентів до родуцентів у вигляді масштабних пірамід. Тобто це - графічне зображення співвідношення між продуцентами консументами (першого, другого, третього і т.д. порядку), вираженого в одиницях маси, числа істот чи величинах енергії.

Сукцесія - послідовна зміна біоценодів (окремого комплексу живих організмів і середовища), які спадково виникають на одній і тій же території (бітоні) під впливом природних факторів.

Ієрархія екосистеми - функціональна підпорядкованість (належнсть дрібних і простих систем до більших і складніших) екосистем різного рівня організації.

ОСНОВИ ЕКОЛОГІЇ Лекція 2

ТЕМА: БІОСФЕРА І ЛЮДИНА.

ПЛАН:

1. Біосфера та її властивості.

2. Структура біосфери.

3. Склад і функціонування біосфери.

4. Місце людини в біосфері.

1. Біосфера та її властивості.

Однією з найголовніших рис планети Земля є існування на ній життя.

Іншими словами, біосфера - це сфера життя, оболонка Землі, населена живими організмами, або область існування живих організмів на Землі. Вперше цей термін вжив австрійський геолог Е.Зюсс у 1855 році, але поширився він після видання у 1926 році праці нашого видатного вченого В.І.Вернадського "Біосфера", засновника та першого президента Академії наук України.

Біосфера - це єдина планетарна система, в якій підтримується необхідне для життєдіяльності організмів середовище, та й самі організми суттєво впливають на склад і функціонування біосфери.

Живі істоти (рослини, тварини, мікроорганізми) існують на поверхні Землі, в її атмосфері, гідросфері та верхній частині літосфери, в цілому складаючи плівку (сферу) життя на нашій планеті.

В.Вернадський довів, що живі організми відіграють дуже важливу роль в геологічних процесах, які формують обличчя Землі. Він писав: "Наша планета дуже схожа на живий організм, певну органічну цілісність, яка саморегулюється й підтримує себе у стійкому стані, що сприяє сталості життя".

Адаптація й еволюція кожної живої істоти є частиною більш загального процесу - адаптації та еволюції самої Землі.

У межах біосфери здійснюється біогенний кругообіг речовин та спрямований потік енергії.

Цілісність біосфери забезпечується багатьма механізмами. її структуру підтримує наявність різноманітних живих організмів, що постійно взаємодіють між собою та середовищем існування.

Хімічний склад сучасних атмосфери та гідросфери зумовлений життєдіяльністю організмів. Велике значення мають організми також для формування літосфери, більшість порід якої так чи інакше пов"язані з їх життєдіяльністю. "Якби на Землі не було життя, - писав В.Вернадський, - її обличчя було б таким але незмінним і хімічно інертним, як нерухоме обличчя місяця, як інертні уламки небесних світил".

Живі організми не тільки пристосовуються до умов зовнішнього середовища, а й активно їх змінюють.

Біосфера нині розглядається як глобальна саморегулююча відкрита система, яка охоплює й активно перетворює речовинні та енергетичні характеристики літосфери, гідросфери й атмосфери завдяки невпинній діяльності живих організмів упродовж всієї геологічної історії Землі. Вона є основним акумулятором і трансформатором сонячної енергії у верхніх шарах атмосфери й дотичного середовища планети.

На стабільність і надійність функціонування сучасної біосфери негативно впливає інтенсивна людська діяльність, яка вичерпує природні ресурси, забруднює навколишнє природне середовище, виснажує екосистеми, що призводить до масової загибелі флори і фауни та створює несприятливі умови для життя і нормального функціонування людського суспільства.