Міністерство освіти і науки України
Український державний університет
водного господарства та природокористування
Кафедра екології
065-96
Конспект лекціЙ
з курсу “Основи екології” для студентів факультету міського будівництва та господарства заочної форми навчання.
Затверджено на засіданні
методичної комісії для спеціальностей
6.092600 – водопостачання та водовідведення
6.092100 – міське будівництво та господарство
6.092100 – теплопостачання та вентиляція
Протокол № 8 від 09.04.02 р.
Рівне 2002
Конспект лекцій з курсу “Основи екології” для студентів факультету міського будівництва і господарства заочної форми навчання.
О.С.Мороз – Рівне: УДУВГП, 2002. – 31с.
Упорядники: Мороз О.С., к. с/г. н., ст. викладач.
Відповідальний за випуск: - завідувач кафедри екології, д.с/г. н., заслужений діяч науки і техніки України, професор Клименко М.О.
Зміст
Вступ ………………………………………………………………………….3
Визначення екології як науки ……………………………………………….3
Біосфера та її еволюція ……………………………………………………...6
Екосистеми ………………………………………………………………….. 9
Повітря як біотичний фактор ……………………………………………...14
Водні ресурси. Проблеми використання і охорони ……………………...17
Охорона земельних ресурсів ………………………………………………21
Антропогенна діяльність та охорона природного середовища …………26
Стан навколишнього середовища України ………………………………29
Література.......................................................................................................31
Вступ
Екологія – наука про середовище нашого існування, його живі і неживі компоненти, взаємозв’язки, взаємодію між цими компонентами – людиною, рослинним світом, літосферою, атмосферою та гідросферою. Екологія є системою наукових знань про навколишнє середовище, теоретичною основою природокористування. Вона відіграє провідну роль у розвитку стратегічних напрямів взаємодії природи і людського суспільства.
В Україні загинули сотні малих річок, деградують Чорне та Азовське море, спотворений забрудненими водосховищами Дніпро, винищена значна частина лісів Карпат, еродована більш як половина хлібної ниви, задихаються від промислових і автомобільних викидів усі великі міста та обласні центри.
Але найстрашнішим злом для навколишнього середовища є забруднення людської свідомості хибними злочинними ідеями. Трагізм нашого часу полягає в тому, що нині такі ідеї та пов’язана з ними діяльність тією чи іншою мірою торкаються всієї Землі, природи, всіх країн.
Лекція 1. Визначення екології як науки.
План
Формування екології як науки.
Історія розвитку екології.
Мета і завдання екології.
1. У ході розвитку людського суспільства науки виникають, сягають своїх вершин, потім розчленовуються або, напроти, зливаються з іншими науками, а то і геть втрачають актуальність, виконавши свою роль.
Протягом тривалого часу – з початку виникнення людської цивілізації, аж до ХІХ століття – соціальні та виробничі потреби задовольняли метафізичні науки. Їхня особливість полягала в тому, що вони описували світ, що оточує людину, як такий, що складається, по-перше, з ізольованих матеріальних об’єктів, по-друге, із статичних об’єктів, що не змінюються та зберігають свої властивості від початку їхнього виникнення.
До середини ХІХ століття метафізичні уявлення почали суперечити реаліям життя та виробничій діяльності людини. Як відповідь на це виникли нові наукові дисципліни: вчення про еволюцію, генетика, космологія, та інші. Кінець ХІХ- початок ХХ століть – це період, коли в сфері науки почали панувати дисципліни, ідеєю яких стало дослідження розвитку усіх природних об’єктів та явищ. Та вже до середини ХХ століття стало зрозумілим, що ідея розвитку сама по собі недостатня для адекватного розуміння світу. До неї приєдналася ще одна – ідея взаємозв’язку та взаємозумовленості структур і явищ природи. Саме з цим періодом пов’язане становлення та формування сучасної екології.
2. Вперше термін “екологія” запропонував німецький вчений Геккель у 1866 році. У праці “Загальна морфологія організмів” він навів таке визначення цієї науки: екологія – це сума знань, що належать до економіки природи – вивчення цієї сукупності взаємовідносин тварин і навколишнього середовища, як органічного, так і неорганічного, і, перш за все, її дружніх чи ворожих стосунків. Але наприкінці ХХ століття зміст екології став дещо ширшим, та її місце в системі наук значно зменшилося. Екологія виникла як суто біологічна наука, але в наш час вона 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.
Видатний американській вчений Ю.Одум одним з перших почав розглядати екологію не як вузьку біологічну наукову дисципліну, а як міждисциплінарну науку, що досліджує багатокомпонентні та багаторівневі складні системи у природі та суспільстві.
Як міждисциплінарна наука екологія взяла на озброєння всі методи теорії систем та на цій основі опинилася на перехресті біологічних та гуманітарних наук.
Сучасна екологія є однією з головних фундаментальних наук, своєрідною філософією виживання людства, стратегією перебудови цивілізації ХХІ століття, що має відповідати сучасним реаліям у взаємовідносинах населення планети та природи, головним чином моральної перебудови на базі розвитку колективного інтелекту, повного взаєморозуміння, взаємодії і взаємодопомоги всіх націй у справі збереження біосфери та стабільного розвитку.
Екологія – наука про середовище нашого існування, його живі і неживі компоненти, взаємозв’язки, взаємодію між цими компонентами – людиною, рослинним і тваринним світом, літосферою, гідросферою та атмосферою.
Сучасна екологія по суті розчленована на чотири взаємопов’язані, але до певної міри самостійні розділи, що логічно виходять один з одного. Це факторіальна екологія, або аутоекологія, що вивчає фактори середовища та їхній вплив на живі організми; демекологія – вивчає популяції та їхній взаємозв’язок між собою та довкіллям; синекологія – розглядає закономірності співіснування організмів, їх угруповань у зв’язку одне з одним й умовами існування; соціоекологія – вивчає взаємодію людини та біосфери й місце людського суспільства в природі.
К.М.Ситник та М.І.Будико (1992) розділяють екологію на три частини:
загальна екологія, що вивчає основні закономірності функціонування екологічних систем;
глобальна екологія, що вивчає біосферу в цілому;
прикладна екологія, що вивчає взаємовідносини живих організмів із середовищем.
За думкою Г.Білявського та М.Падуна в екології існує п’ять основних блоків: а) біоекологія; б) геоекологія; в) техноекологія; г) соціоекологія; д) космічна екологія.
Історія розвитку екології порівняно нетривала. Одним з перших, хто на межі ХVІІІ та ХІХ століть усвідомив необхідність цілісної оцінки природних комплексів, був німецький вчений О.Гумбольдт. його наукова спадщина – 600 наукових праць. У своїй книзі “Картини природи”, що вийшла в 1808 році, він писав: “Я скрізь помічаю той вплив, який постійно здійснює фізична природа на моральний стан та долю людства”. Засновником екології в її сучасному вигляді є німецький вчений Е.Геккель, який визначив екологію як науку про загальну “економіку природи”. Він же запропонував ї сам термін “екологія”. Ф.Даль (1890), в свою чергу, запропонував термін “біотоп”, що означає комплекс абіотичних факторів, що визначають життєдіяльність організмів. В наш час його замінив синонім – “екотоп”. К.Фрідерікс доповнив цей підхід ідеєю про “голоцен” як про цілісну одиницю, що включає в себе біоценоз та його екотоп. Синтетичному погляду на природні комплекси сприяли праці Г.Ф.Морозова (1912), засновника вчення про ліс як цілісну природну систему. Прогресивну роль в історії екології зіграло поняття екосистеми, що було введене англійським вченим А.Тенслі (1948). Особливе місце в історії екології посідають відкриття всесвітньо відомого вченого В.І.Вернадського, автора вчення про біосферу. Найбільшу роль у становлення сучасної екології відіграла публікація монографій із цієї наукової дисципліни американського вченого Ю.Одума в 1970-1990 рр.
Світове визнання отримали дослідження українських вчених І.Г.Підоплічко, Ф.А.Гриня, Ф.М.Стойка, П.С.Погребняка, Д.В.Воробйова та багатьох інших. У сучасний період в Україні широке визнання отримали екологічні роботи академіків М.А.Голубця, К.М.Ситника, Ю.Р.Шелях-Сосонка.
3. Сучасна екологія досить об’єктивно підходить до рішення питань щодо місця людського суспільства в природі. Людське суспільство взагалі не можна розглядати як частину біосфери, як її компонент. Це різні форми буття: біотична та соціальна. Сучасне людське суспільство до певної міри відчужене від природного середовища і виступає щодо нього як зовнішня перетворююча сила, що вносить до біосфери ті чи інші збурення.
Методи досліджень сучасної екології є дуже різноманітними. Це нові фізичні, хімічні, біофізичні, біоіндикаційні, біохімічні, радіобіологічні, метеорологічні та кібернетичні методи.
Основними завданнями екології є:
вирішення глобальної конверсії свідомості людства, вироблення абсолютно нових моральних основ.
Виявлення основних типів екосистем та ландшафтних одиниць, оцінюючи особливості їх складу та функціонування, щорічну та багаторічну динаміку.
Розробка методів збору інформації та її аналізу й отримання параметрів, що характеризують стан екосистеми в цілому.
Надання оцінки рівню стійкості біосфери та окремих екосистем щодо зовнішніх впливів, їх здатності повернення в початковий стан.
Розробка пропозицій щодо створення заповідних територій.
обґрунтування пропозицій щодо розробки законодавства з питань експлуатації природних ресурсів.
прогнозування епідемій та епізоотопій.
проблеми народонаселення.
Лекція 2. Біосфера та її еволюція.
План
1. Поняття біосфери
2. Вчення В.І.Вернадського про біосферу
3. Структура біосфери
4. Місце людини в біосфері
1. Біосфера – це єдина планетарна система. У ній підтримується все необхідне для життєдіяльності організмів. Середовище та й самі організми суттєво змінюють параметри інших сфер земної кулі в межах біосфери. Біосфера не тільки охоплена життям, але й певним чином організована за рахунок діяльності живих організмів.
Існує декілька визначень біосфери. Більшість сучасних екологів (Ю.Одум, В.Д. Дедоров, Т.Т.Гільманов, М.Ф.Реймерс, К.С.Ситник) розуміють біосферу як об’єднання усіх живих організмів, що знаходяться у взаємодії з фізичним середовищем Землі. З цього погляду біосфера становить собою сукупність екосистем нашої планети.
У межах земної кулі німецький вчений Е.Зюсс у 1875 році виділив декілька структурних частин – оболонок. Він назвав їх геосферами. Три з них – атмосфера, літосфера і гідросфера – утворені неживими речовинами і є органом функціонування живої речовини – біоти – головного компонента четвертої складової довкілля – біосфери.
У межах біосфери розвивається жива матерія, тут сформувалося людство. Якщо земна куля – колиска людства, то біосфера – лоно, що його породило.
2. Основоположниками вчення про біосферу є наш видатний вчений В.І.Вернадський (1863-1945) і П’єр Шарден. Вони обґрунтували високу хімічну та геологічну активність живої речовини біосфери, підкреслюючи, що розвиток життя на планеті забезпечується особливими фізичними властивостями біосфери.
Згідно вчення Володимира Івановича Вернадського біосфера являє собою земну оболонку, яка включає в себе область розповсюдження живої речовини та саму речовину. Біосфера виникла 3,4-4,5 млрд. років назад і є непростою областю співвідношення абіотичних та біотичних факторів, але й тісну їх взаємодію. Жива речовина розглядається В.І.Вернадським як носій вільної енергії в біосфері. Нижня границя біосфери опускається на 2-3 км. на суші та на 1-2 км нижче дна океану, а верхня границя служить так званим “захисним” озоновим екраном на висоті 20-25 км., вище якого ультрафіолетова частина сонячного випромінювання виключає існування життя. До біосфери відноситься і людина. Приблизна маса біосфери складає 0,5 % від маси Землі, а її об’єм, включаючи атмосферу – 0,4 % її об’єму.
В загальному вигляді В.І.Вернадський писав про біосферу, що це середовище нашого життя, це та “природа”, яка нас оточує. Таким чином: оточуюче середовище та біосфера поняття тотожні.
Біосфера взаємопов’язана та взаємодіє з усім планетним оточенням – як із зовнішнім (космічним) так і з внутрішнім оточенням, яке уходить від біосфери вглиб земної кулі. Формування біосфери почалося з появою живих організмів. Життя на Землі виникло 4-5 млрд. років тому. Перші організми і рослини з’явилися у воді. Подальша еволюція біосфери приводила до ускладнення її структури в результаті появи багатоклітинних організмів та розвитку різних груп рослин та тварин.
Визначаючи нинішній етап розвитку біосфери і людського суспільства, яке її населяє, можна сказати, що у біосферних процесах дедалі більшу роль відіграватимуть техногенні і взагалі антропогенні процеси. Необхідність цілісного розуміння біосфери та вивчення закономірностей її існування є актуальною проблемою сучасної науки.
3. Важливою особливістю біосфери є її злитність з іншими геосферами Землі. Біосфера розміщена в межах атмосфери, гідросфери і літосфери. Загальна протяжність біосфери за радіусом Землі складає близько 40 км.
Основна маса живої речовини, наявність якої відрізняє біосферу від інших геосфер зосереджена в порівняно невеликому прошарку – біостроні. Біострон лежить на поверхні суходолу та охоплює верхні шари водойм. У цій зоні знаходиться 98 % всієї живої речовини планети.
Біосфера сформована з різних речовин. За В.І.Вернадським виділяють 6 головних типів речовин біосфери:
1. Жива речовина, що представлена організмами різних видів.
2. Біогенна речовина, що є продуктом життєдіяльності організмів (наприклад, кам’яне вугілля, торф).
3. Нежива (косна) речовина, в утворенні якої живі організми не брали участь. Це, наприклад, гірські породи та мінерали.
4. Біокосна речовина, що сформована за рахунок взаємодії живої та косної речовини.
5. Радіоактивна речовина.
6. Космічна речовина (метеорити).
Г.Вальтер розділяв біосферу на біогеосферу (суходіл) та біогідросферу (усі види водойм). Такий поділ виправдовується тим, що в цих двох зонах зосереджена основна маса живої речовини.
Розглянемо основні компоненти біосфери більш детально.
Жива речовина. За останніми оцінками жива речовина складає 181011 тонн. К.М.Ситник та С.Т.Вассер вважають, що на Землі існують 1447609 видів живих організмів. На думку інших дослідників їх набагато більше – можливо 80 млн. видів.
Жива речовина автотрофних організмів здійснює поглинання сонячної енергії та її перетворення в енергію хімічних зв’язків. Сукупна біогеохімічна активність живої речовини 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, який перехоплює більшу частину жорсткого космічного випромінювання та створює сприятливі умови для життя на планеті.
Живий світ на планеті, її біосфера, складається з організмів трьох типів: продуценти, або автотрофи – це організми, що створюють органічну речовину за рахунок утилізації сонячної енергії, води, вуглекислого газу та мінеральних солей. До цього типу належать рослини, яких на Землі є близько 350 тис. видів; консументи, або гетеротрофи – організми, що одержують енергію за рахунок харчування автотрофами чи іншими консументами. До них належать рослиноїдні тварини, хижаки й паразити, а також хижі рослини і гриби. Кількість видів цієї групи найбільша – понад 1,5 млн., а їхня маса становить 2,31010 тонн; редуценти – мікроорганізми, що розкладають органічну речовину продуцентів і консументів до простих сполук – води, вуглекислого газу, мінеральних солей. Їх налічується 75 тис. видів.
Будова біосфери:
Атмосфера – зовнішня газова оболонка Землі, яка простягається на сотні кілометрів від її поверхні і поступово зникає, набуваючи густини речовини міжпланетного простору. Основу атмосфери складає азот. Його в ній утримується 78 % за об’ємом. У значній кількості представлено кисень – 20,9 %, є вуглекислий та інші гази, водяна пара, а також рідкі і тверді домішки, аерозолі. Надзвичайно важливим газом в атмосфері є кисень, який утворився і зберігається в основному завдяки зеленим рослинам на суші.
Гідросфера – це водяна сфера нашої планети, сукупність океанів, морів, від континентів до льодовикових покривів.
Вода надзвичайно важлива для живих організмів. У загальній кількості води планети, що дорівнює 1,7 млрд. м3, 96,5 % припадає на морську. На материках зосереджено тільки 3,5 % загальних запасів води. Прісної води в світі нараховується 35 млн. км3, з них 30 млн. км3 води утримується в льодовиках.
Воді належить найважливіша роль у геологічній історії Землі і виникнення життя у формуванні природного середовища. У рослинах міститься 40-98 % води, найбільше її у водоростях (96-98%), деяких плодах, наприклад томатах, огірках (94-95 %).
Вода виконує чотири основних екологічних функції:
1. Є найважливішою мінеральною сировиною, головним природним ресурсом споживання.
2. Є основним механізмом здійснення взаємозв’язків усіх процесів в екосистемах.
3. Є головним агентом – переносником глобальних біоенергетичних екологічних циклів.
4. Є основною складовою частиною всіх живих організмів.
Літосфера – зовнішня тверда оболонка Землі, яка включає всю земну кору з частиною верхньої мантії Землі й складається з осадових, вивержених і метаморфічних порід.
Основна частина літосфери складається з вивержених магматичних порід (95 %), серед яких на континентах переважають граніти та гранітоїди, а в океанах – базальти.
Актуальність екологічного вивчення літосфери зумовлена тим, що літосфера є середовищем усіх мінеральних ресурсів, одним з основних об’єктів антропогенної діяльності (складових природного середовища), через зміни якого розвивається глобальна екологічна криза.
4. Як біологічний вид, людина розумна (homo sapiens) виникла на Землі 2-3 млн. років тому. Людина в біосфері Землі нині є новою силою, новим фактором.
В.І.Вернадський писав: “Суспільство – стає в біосфері єдиним в своєму роді агентом, могутність якого з часом збільшується із наростаючою швидкістю. Воно одне змінює по-новому й з великою швидкістю структуру самих основ біосфери. Воно стає все більш незалежним від інших форм життя.” Нині спостерігається виснаження озонового шару атмосфери, який утворювався багато мільйонів років і який, затримуючи проходження надмірного ультрафіолетового випромінювання, зберігає життя на планеті.
Люди ще не усвідомили як слід очевидного факту: Земля, на якій вони живуть і розвинулися до сучасного рівня, - це маленька планета з обмеженими ресурсами, з дуже вразливим режимом. Людина повинна дихати, й при тому чистим повітрям, а нині на планеті чистого повітря практично не має ніде.
Лекція 3. Екосистеми
План
1. Поняття про екосистему.
2. Основні типи екосистем.
3. Закони екосистем.
1. Поняття про екосистему.
Усі елементи навколишнього середовища, які так чи інакше впливають на організми тварин і людей, прийнято називати екологічними умовами, або екологічними факторами.
Нині виділяють екологічні фактори середовища: абіотичні, біотичні та антропогенні.
Абіотичні фактори – визначаються елементами неживої природи, їх фізичним станом, хімічним складом. Це – температура, світло, радіоактивне випромінювання, тиск, вологість повітря, сольовий склад води, ґрунту, вітер, течії, рельєф місцевості. У процесі еволюційного розвитку кожний вид організмів пристосовується до певних абіотичних умов. Так, форма тіла одних тварин забезпечує пересування у воді, других – у повітрі, третіх у землі. Існують пристосування до певного хімічного складу середовища, температурного і світлового режиму. Практично немає видів, які б могли жити у всіх середовищах. Кожна жива істота постійно пристосовується до змін, які відбуваються в оточенні, регулюючи свою життєдіяльність. Такі пристосування називають адаптації.
Адаптації проявляються на різних рівнях – від окремих клітин, поведінки окремих організмів і видів, будови і функціонування цілих угруповань та екологічних систем. Тому територій поширення та місця існування кожного виду обумовлені його терпимістю до умов зовнішнього середовища.
Температура є важливим обмежувальним фактором. Цим і пояснюється скудність життя в арктичних областях та в умовах зовнішнього середовища. Деякі живі організми набули властивості переживати несприятливі умови (зниження вологості, високу і низьку температуру, відсутність їжі), які настають в різні пори року в стані зацепеніння.
Зниження інтенсивності обміну речовин у ссавців відбуваються у формі сплячки. Причинами її є зниження температури, відсутність їжі як узимку так і влітку, коли рослинність вигорає від спеки.
Біотичні фактори – це сукупність факторів органічного світу (рослини, тварини), які визначають умови існування організмів у тій чи іншій місцевості. Кожний організм постійно відчуває на собі прямий чи опосередкований вплив інших, вступає у зв’язок з представниками свого та інших видів (мікроорганізми, тварини, рослини) залежить від них і сам впливає на них.
Найбільш тісні взаємозв’язки складаються між організмами, які населяють біотоп, тобто певну ділянку земної поверхні з однотипними умовами існування. Приклади: – однорідна ділянка степу, лісу, озера.
Навколишнє середовище має дуже складну, мозаїчну будову і складається з окремих відносно самостійних частин. Ці частини згодом були названі біоценозами та екосистемами і являють собою своєрідно зменшену модель біосфери.
Біоценоз – історично складена сукупність живих організмів (рослинних, тваринних), що населяють певну ділянку середовища з більш-менш однорідними умовами існування і які пов’язані між собою. Біоценоз – це динамічна система, яка постійно змінюється як за видовим складом, так і за кількістю окремих видів. До складу біоценозу можуть входити сотні і тисячі різних видів, але більшість із них, як правило, відіграє незначну роль у житті біоценозу і лише один або кілька видів є основними регулюючими факторами. Між усіма компонентами біоценозу установлена певна динамічна рівновага – екологічний гомеостаз. Наприклад: збільшення кількості будь-якого виду організмів приводить до масової появи його споживача.
Біоценоз та його середовище утворюють біогеоценоз.
Біогеоценоз – однорідна ділянка земної поверхні з певним складом живих організмів і неживих компонентів (ґрунт, атмосфера, вода) поєднані обміном речовин, енергій в єдиний природний комплекс.
На початку 30-х років ХХ століття в екології виник принципово новий підхід до дослідження природних екологічних систем. У 1935 р. англійський вчений А.Тенслі висунув поняття екосистеми, а у 1942 р. академік В.М.Сукачев (1880-1967) обґрунтував уявлення про біогеоценоз. У сучасній екологічній літературі замість поняття “біогеоценоз” часто використовують поняття “екосистема”. Відомий американський вчений Ю.Одум теж вважав ці два поняття ідентичними.
Екосистема – єдиний природний комплекс утворений за довгий період живими організмами й середовищем, в якому вони існують, і де всі компоненти тісно пов’язані обміном речовин і енергії.
Р.Дато (1975) писав, що “екосистема – біотоп плюс біоценоз”, тобто екосистема – це об’єднання абіотичного середовища та живих організмів, що мешкають у ньому. Але, згідно з уявленнями Ю.Одума, не всяка комбінація “життя – середовище” – може бути екосистемою. Нею може стати середовище, де має місце стабільність і чітко функціонує кругообіг речовин.
Екосистеми можуть бути створені і штучні (космічний корабель, акваріум).
Найбільш важливою ознакою екосистем є їхнє формування з живих організмів із різними типами живлення. У природі до екосистем обов’язково входять продуценти, що забезпечують акумулювання сонячної енергії та створення органічної речовини – консументи, що утилізують відходи продуцентів та консументів (рис. 1).
Рис. 1. Структурно-функціональна схема екосистеми.
Поняття екосистем поширюється і на штучно створені людиною об’єкти (сільгоспугіддя, садки, очисні споруди і т.д.).