Закон минимума Либиха и закон толерантности Шелфорда. Диапазон толерантности

Тема: Разделы экологии - аутэкология, демэкология, синэкология

Тезисы лекции: Цель экологии и основные понятия.

Тема: Экология как теоритическая база охраны природы и рационального природопользования

Алматы, 2013 год

ЛЕКЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС

Составители:профессор Кенесариев У.И.

ст. преподаватель Бегимбетова Г.А.

 

 

 

 

Обсуждено и утверждено на заседании кафедры,

от « ____»_________ 2013 г., протокол № _____

 

 

Заведующий кафедрой, профессор Кенесариев У.И.

2.Цель:Сформировать представление об экологии как научной дисциплине и ее роли в поддержании устойчивого развития природы и общества

В настоящее время существует множество определений предмета экологии, чаще всего употребляется следующее: экология - это наука о взаимоотношениях живых организмов и среды их обитания. Термин «экология» происходит от древнегреческого «oikos» - (дом, жилище) и «logos» - (слово, учение), в научный обиход его ввел выдающийся немецкий биолог Эрнст Геккель. Он в своей книге «Общая морфология организмов» (1866г.) назвал экологией один из разделов биологии - науку об условиях обитания организмов в окружающей среде. От древнегреческого «oikos» образовано не только наименование этой науки, но и понятие «ойкумена» («экумена»), служащее для обозначения природы, освоенной и обжитой человеком.

В настоящее время она не является одним из разделов биологии, на родство с ней претендуют и география, и политэкономия, и философия, да и весь комплекс естественных и общественных наук. Более того, экология вышла за рамки научного понятия и стала предметом тревог и забот каждого государства и каждой личности. Экология, следовательно, касается всех, ибо экологический кризис, если он перерастет в экологическую катастрофу, не пощадит никого.

Современная экология - это наука, занимающаяся изучением взаимоотношений организмов, в том числе и человека, со средой, определением масштабов и допустимых пределов воздействия человеческого общества на среду, возможностей уменьшения этих воздействий или их полной нейтрализации.

В стратегическом плане - это наука о выживании человечества и выходе из экологического кризиса, который приобретает глобальные масштабы в пределах всей планеты Земля.

Интерес к экологии в мире возрастал по мере внедрения в хозяйственную практику достижений научно-технического прогресса. В 60-70 г.г. усилилась прикладная направленность экологии, связанная с изучением экосистем и биосферы в целом: круговорота воды и воздуха как целого с выделением остальных его компонентов; продуктивности общества; цепей питания; глобального загрязнения окружающей среды; системного анализа и управления как средой обитания, гак и деятельностью человека.

Как было сказано, экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов. А живущие в биосфере организмы можно изучать на уровнях популяций, сообществ и экосистем.

Популяциейназывают группу особей одного вида, находящихся во взаимодействии, совместно населяющих общую территорию и воспроизводящих себя в поколениях. Слово «популяция» происходит от латинского «populus» - народ, население. Экологическую популяцию, таким образом, можно определить как население одного вида на определенной территории.

Сообществаорганизмов связаны теснейшими материально-энергетическими связями с неорганической средой. Растения могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Организмы, синтезирующие органические вещества из неорганических соединений с использованием энергии Солнца, называют автотрофами, а с использованием энергии, освобождающейся при химических реакциях, - хемотрофами. Организмы, питающиеся готовыми органическими веществами, называют гетеротрофами. Группировки, совместно обитающих и взаимосвязанных организмов называют биоценозами (от латинского «bios» - жизнь и "koinos" - общий). Масштабы биоценозов

различны: от сообществ подушек лишайников на стволах деревьев или разлагающегося пня до ландшафтов: лесов, степей, пустынь и т.д.

Биогеоценоз (экосистема) — сложный природный комплекс живых существ, взаимодействующий с неорганической средой, находящийся в материально-энергетической зависимости от нее. По своей сущности - это динамическая уравновешенная система, сложившаяся в результате длительной и глубокой адаптации составных компонентов, в которой осуществляется круговорот веществ. Биогеоценозы - не простая совокупность живых организмов и их среды обитания, а особая, единая форма существования организмов и окружающей среды, диалектическое единство всех экологических компонентов, обусловленное взаимозависимостью и причинно-следственными связями.

Биогеоценозы земного шара образуют биогеоценотический покров, который изучает биогеоценология. Основал эту науку выдающийся русский ученый В.Н.Сукачев. Совокупность всех биогеоценозов нашей планеты создает гигантскую экосистему - биосферу. В структуре любого биогеоценоза можно выделить четыре функциональных компонента: 1) абиотическое окружение, т.е. весь комплекс неживой природы, откуда биоценоз черпает средства для существования и куда выделяет продукты обмена; 2) комплекс автотрофных организмов, обеспечивающих органическими веществами, а следовательно, и энергией все остальные организмы, - это первичные продуценты органического вещества, ассимилирующие солнечную энергию (фототрофные растения, фотосинтезирующие бактерии); 3) комплекс гетеротрофных организмов - консументов, живущих за счет питательных веществ, созданных первичными продуцентами. Консументами являются животные и бесхлорофильные растения; 4) комплекс организмов, разлагающих органические соединения до минерального состояния. Это редуценты или деструкторы, представленные микроорганизмами - бактериями, грибами, простейшими, а также организмами, которые питаются мертвыми органическими веществами. Между всеми четырьмя звеньями существует закономерная связь.

Основные законы и принципы экологии.Основные законы экологии,сформулированные Б.Коммонером в 1971 г., кратко можно представить так

1. Все связано со всем (всеобщая связь процессов и явлений в природе).

2. Все должно куда-то деваться (любая природная система может развиваться только за счет использования энергетических и информационных возможностей окружающей её среды).

3. Природа «знает» лучше (пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы легко можем навредить природе, пытаясь её улучшить).

4. Ничто не дается даром (глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничто не может быть выиграно или потеряно, не может быть объектом всеобщего улучшения; все извлеченное в процессе человеческого труда должно быть возмещено).

Среди других законов, принципов и правил можно отметить следующие:

- вещество, энергия, информация и качество отдельных природных систем взаимосвязаны настолько, что любое изменение одного из этих факторов вызывает функциональные, структурные, качественные и количественные перемены всех систем и их иерархии;

- слабые воздействия могут и не вызывать ответных реакций природной системы, но, накопившись, они приведут к развитию бурного, непредсказуемого динамического процесса (Х.Боумен);

- жизненные возможности лимитируются экологическими факторами, количество и качество которых близки к необходимому экосистеме минимуму, снижение их ведет к гибели организма или деструкции экосистемы (Ю.Либих);

- экосистема, потерявшая часть своих элементов, не может вернуться в первозданное состояние;

- сокращение естественной биоты в объеме, превышающем пороговое значение, лишает окружающую среду устойчивости, которая не может быть восстановлена путем создания очистных сооружений и перехода к безотходному производству (В.Г.Горшков);

- лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма по, отношению к данному фактору (В. Шелфод);

- любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды.

Основные разделы экологии и задачи современной экологии.Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии -экосистемы, т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяций, т.е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень)

Основной, традиционной, частью экологии как биологической науки является общая экология, которая изучает общие закономерности взаимоотношений любых живых организмов и среды (включая человека как биологическое существо).

В составе общей экологии выделяют следующие основные разделы:

- аутэкологию, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой;

- популяционно экологию (демоэкологию), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают и как специальный раздел аутэкологии;

- синэкологию (биоценологию) - изучающую взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой;

- глобальную - занимающуюся экологическими проблемами Земли как планеты, основным объектом изучения которой является биосфера как глобальная экосистема.

Для всех этих направлений главным является изучение выживания живых существ в окружающей среде и задачи перед ними стоят преимущественно биологического свойства - изучить закономерности адаптации организмов и их сообществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы, и т.д.

В изложенном выше понимании общую экологию нередко называют биоэкологией,когда хотят подчеркнуть ее биоцентричностъ.

В последнее время роль и значение биосферыкак объекта экологического анализа непрерывно возрастает. Особенно большое значение в современной экологии уделяется проблемам взаимодействия человека с окружающей природной средой.Выдвижение на первый план этих разделов в экологической науке связано с резким усилением взаимного отрицательного влияния человека и среды,возросшей ролью экономических, социальных и нравственных аспектов в связи с резко негативными последствиями научно-технического прогресса.

Таким образом, современная экология не ограничивается только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения главным образом животных и растений, она превращается в междисциплинарную; науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой. Актуальность и многогранность этой проблемы, вызванной обострением экологической обстановки в масштабах всей планеты, привела к «экологизации» многих естественных, технических ц гуманитарных наук. Т.е. появилась прикладная экология.

В настоящее время появились и такие специальные дисциплины, как социальная экология,изучающая взаимоотношения в системе «человеческое общество - природа», и ее часть - экология человека(антропоэкология), в которой рассматривается взаимодействие человека как биосоциального существа с окружающим миром.

Современная экология тесно связана с политикой, экономикой, правом (включая международное право), психологией и педагогикой, так как только в союзе с ними возможно преодолеть технократическую парадигму мышления, свойственную XX в., и выработать новый тип экологического сознания, коренным образом меняющий поведение людей по отношению к природе.

С научно-практической точки зрения вполне обоснованно деление экологии на теоретическую и прикладную.

Теоретическаяэкология вскрывает общие закономерности организации жизни.

Прикладнаяэкология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Научную основу прикладной экологии составляет система общеэкологических законов, правил и принципов.Исходя из приведенных выше понятий и направлений следует, что задачи экологии весьма многообразны.В общетеоретическом плане к ним относятся:

- разработка общей теории устойчивости экологических систем;

- изучение экологических механизмов адаптации к среде;

- исследование регуляции численности популяций;

- изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

- исследование продукционных процессов;

- исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости;

- моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время, следующие:

- прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;

- улучшение качества окружающей природной среды;

- сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

- оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее неблагополучных районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Таким образом, экология становится одной из важнейших наук будущего и, «возможно, само существование человека на нашей планете будет зависеть от ее прогресса»

4.Иллюстративный материал:Мультимедийный аппарат .

5.Литература:

1. Кенесариев У.И., Жакашов Н.Ж. Экология және халық денсаулығы. Алматы, 2003.

2. Колумбаева С.Ж., Бидельбаева Р.М. Общая экология. Алматы, «Қазақ университеті», 2006

3. Бигалиев А.Б., Халилов М.Ф., Шарипова М.А. Основы общей экологии Алматы, «Қазақ университеті» , 2007

4. Крымская И.Г. Гигиена и основы экологии человека –М.:Медицина,2007.-590 с

5. Пивоваров Ю.П.,Кролик В.В., и др. Гигиена и основы экологии человека. 4-е изд., испр.и доп.-Ростов на Дону «Феникс».2008.-650 с.

6. Тонкопий М.С., Ишкулова Н.П., Анисимова Н.М., Сатбаева Г.С. Экология и устойчивое развитие. Учебник.- Алматы: Экономика, 2011.-378с.

7. Андреев М.В. Конспект лекций по курсу «Основы экологии».-Днепропетровск, 2002.

8. Бродский А.К. Общая экология.-С-пб, 2006.

9. Данилов-Данильян В.И., Лосев К.С. Экологический вызов и устойчивое развитие: Учебное пособие.-М.: Прогресс-Традиция, 2000.

10. Искаков Н., Корчевский А. Устойчивое развитие Республики Казахстан: экономические, социальные, экологические аспекты.-Астана, 2007.

11. Концепция перехода Республики Казахстан к устойчивому развитию на 2007-2024 годы./Указ Президента страны № 216 от 14 ноября 2006г.

12. Кузнецов О.Л., Большаков Б.Е. Устойчивое развитие: научные основы проектирования в системе природа-общество-человек-Спб.-М.-Дубна, 2002.

13. Назарбаев Н.А. Казахстан-2030: процветание, безопасность и улучшение благосостояния всех казахстанцев-1997г.

14. Наше общее будущее: Доклад Международной комиссии по окружающей среде и развитию (МКОСР)-М., 1989.

15. Одум Ю. Экология Т.1,2,-М., 1986.

16. Тонкопий М.С. Экология и экономика природопользования.-Алматы: Экономикс, 2003.

17. Матвеева Н.А. Гигиена и экология человека. 2-е изд.,стер.-М.:Медицина,2008.-600 с.

18. Ерубаева Г.К. Учебное пособие «Учение об окружающей среде» (Алматы, казак универс 2011.-153с.).

19. Колумбаева С.Ж., Бильдебаева Р.М., Шарипова М.А. «Экология и устойчивое развитие» (на каз и русс языках) Алматы, 2012 Қазақ университеті.

6.Контрольные вопросы (обратная связь):

1.Что изучает наука экология?

2. Перечислите основные задачи экологии

3.Перечислите основные разделы экологии

4. Назовите законы и принципы экологии

2.Цель:Сформировать представление об общих закономерностях действия факторов среды на организмы, представление об экологической системе, закономерностях ее

функционирования и устойчивости, представление о популяции, ее основных характеристиках и закономерностях функционирования

3.Тезисы лекции: Экологические факторы и их классификации .

Экологические факторы - это различные факторы среды, внешние по отношению к организму и воздействующие на него. Любой организм в среде своего обитанияподвергается воздействию самых разнообразных факторов: климатических, эдафических (почвенных) и биотических (воздействие живых организмов).

Одной из наиболее распространенных классификаций экологических факторов - деление на биотические (биогенные) и абиотические (абиогенные). К первым принадлежат такие, которые характеризуют живые организмы в окружении рассматриваемого организма. Ко вторым относят неживые компоненты его окружения. Обе группы факторов по своему происхождению могут быть как природными, так и Антропогенными. Например, по времени действия – эволюционные (температура, свет, влажность, соленость) и действующие (современные); по периодичности действия – периодические (сезонные) и непериодические (техногенные залповые выбросы, природные катаклизмы); исторические (в ходе филогенеза, то есть исторического развития вида). Необходимо помнить, что деятельность человека оказывает определяющее воздействие на все эти факторы. В настоящее время антропогенное влияние затрагивает практически все стороны взаимодействия организма с условиями его обитания. Поэтому изучение условий обитания организмов имеет огромное значение для оптимизации отношений человека с биосферой.

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
АБИОТИЧЕСКИЕ	БИОТИЧЕСКИЕ
Свет, температура, влага, ветер, воздух, давление, течения, долгота дня и т. д. Механический состав почвы, ее проницаемость, влагоемкость Содержание в почве или воде элементов питания, газовый состав, соленость воды	Влияние растений на других членов биоценоза Влияние животных на других членов биоценоза Антропогенные факторы, возникающие в результате деятельности человека
ПО ВРЕМЕНИ	ПО ПЕРИОДИЧНОСТИ	ПО ОЧЕРЕДНОСТИ
Эволюционный Исторический	Периодический Непериодический	Первичный,вторичный
ПО ПРОИСХОЖДЕНИЮ	ПО СРЕДЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ
Космический Абиотический (абиогенный) Биогенный Биотический Биологический Природно-антропогенный Антропогенный (в том числе техногенный, загрязнение среды, в том числе беспокойстве	Атмосферный Водный (влажности) Геоморфологический Эдафический Физиологический Генетический Популяционный Биоценотический Экосистемный Биосферный

Закономерности воздействия экологических факторов на организмы определяются

законами минимума Ю. Либиха и законом толерантности В. Шелфорда.

Лимитирующее влияние максимума установил В. Шелфорд в 1913г., и его называют законом толерантности Шелфорда. Диапазон между этими двумя величинами называют диапазоном толерантности (ДТ). Благодаря опытам по «экологии толерантности» стали известны пределы существования для многих растений и животных. На законе лимитирующего фактора основывается теоретическое обоснование величины предельно допустимых концентраций (ПДК) загрязнителей. В качестве ПДК принимаются те пороговые значения того или иного фактора, при которых в организме еще не может произойти никаких необратимых патологических изменений.