Что изучает современная экология Нина Викторовна Пахарькова к

Что изучает современная экология? Нина Викторовна Пахарькова, к. б. н. , доцент кафедры экологии и природопользования Института экономики, управления и природопользования СФУ

• Экология – (от греч. oikos – жилище, местопребывание и logos - наука) – биологическая наука, изучающая организацию и функционирование надорганизменных систем различных уровней: популяций, биоценозов (сообществ), экосистем и биосферы.

Экология общая, социальная и прикладная http: //labstend. ru/site/index/folies/school/ecolog

Экологические факторы: • Абиотические (факторы неживой природы) • Биотические (факторы живой природы) • Антропогенные (факторы воздействия человеческого общества на окружающую среду): искусственная среда обитания, создание новых веществ, выведение новых видов животных и растений, интродукция и др.

Рост численности населения Земли

Рождаемость и репродуктивное поведение Рождаемость в демографии – это частота рождений в определенной социальной среде В развивающихся странах рождаемость достигает 30 - 50 младенцев на тысячу человек в год, тогда как смертность составляет 15 случаев на тысячу человек в год. Напротив, в развитых странах рождаемость снизилась до 10 - 15 на тысячу человек, тогда как смертность варьирует в пределах от 6 до 13 случаев на тысячу человек в год Разность между рождаемостью и смертностью составляет величину естественного прироста, которая позволяет судить о том, насколько быстро увеличивается численность населения

Коэффициент суммарной рождаемости в некоторых странах в 2003 году (http: //www. archipelag. ru/ru_mir/ostrov-rus/demography-position/vishnevsky/great/)

Ожидаемая продолжительность жизни мужчин в ряде стран мира http: //www. archipelag. ru/ru_mir/ostrov-rus/demography-position/vishnevsky/great/

Ожидаемая продолжительность жизни женщин в ряде стран мира http: //www. archipelag. ru/ru_mir/ostrov-rus/demography-position/vishnevsky/great/

Устойчивое развитие и возобновляемые природные ресурсы Исследование устойчивости распределения возобновляемого ресурса (такого, как зерно) во времени позволило сделать вывод: стабильный рост благополучия мог бы иметь место, но только если выполняются два условия: 1) низкий темп роста населения; 2) наличие запаса продуктов питания, необходимого для живущего населения. Первое условие в настоящее время трудновыполнимо. А с ростом населения замедляется рост биологических ресурсов. Давление роста населения превышает темпы роста урожайности в нашем случае и становится непреодолимой преградой.

Энергетика До 70 -х гг. XX в. увеличение в росте ВНП обычно сопровождалось пропорциональным увеличением потребления энергии. Замедление климатических изменений и устойчивое энергетическое развитие может быть достигнуто путем использования альтернативных энергетических ресурсов. Новые строительные материалы могут резко снизить расход тепла, уменьшив его утечку через окна, двери и стены.

Регулирование объема и использования отходов производства Устойчивое развитие предполагает комбинирование производства. Этот процесс может снизить спрос на сырье и сокращение отходов. Поскольку издержки размещения отходов растут, контроль при их размещении становится более строгим. Поэтому примеры предприятий, приспосабливающих этот вид комбинированного подхода для решения экологических проблем, становятся более привлекательными. Многие отходы сталелитейной, энергетической и других отраслей промышленности находят повторное применение.

• Проблема загрязнения природной среды исключительно многообразна. Вещества, которые человек распространяет в биосфере, действуют и на какой-то конкретный вид, и на экосистему в целом, к тому же эффект воздействия очень трудно предсказать заранее.

С точки зрения функционирования экосистем загрязнение окружающей природной среды есть внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов или структурных изменений, прерывающих круговорот веществ, их ассимиляцию, поток энергии, вследствие чего данная система разрушается или снижается ее продуктивность.

типы загрязнения: • Физические загрязнения (радиоактивное, световое, тепловое, шумовое, электромагнитное, вибрация, гравитация). • Химические загрязнения (моющие средства, пластмассы, пестициды, тяжелые металлы, производные серы, азота, углерода и т. д. ). • Биологические загрязнения (бактерии, вирусы, изменение биоценозов из-за интродукции растительных или животных видов). • Эстетический вред (нарушение пейзажей или примечательных мест грубой урбанизацией или малопривлекательными постройками)

КИСЛОТНЫЕ ДОЖДИ

Кислотные дожди Кислотный дождь – это результат присутствия в атмосфере окислов серы и окислов азота. Подкисленные осадки, (число p. H ниже 5, 6) из-за растворения в атмосферной влаге промышленных выбросов (SO 2, NOx и др. ) получили название кислые, кислотные. Ущерб, причиняемый кислотными дождями, чрезвычайно велик. Страдают леса, реки и озера, сельскохозяйственные угодья, сады, парки. В Канаде, например, из-за частых кислотных дождей более 4 тыс. озер были объявлены мертвыми, а еще 12 тыс. — на грани гибели. В южной части Норвегии в половине озер исчезла рыба. В Германии в результате подкисления почв и кислых дождей погибло около трети всех хвойных лесов. В почве происходит растворение питательных веществ (Са 2+, Mg 2+, K+, Na+), жизненно необходимых растениям; эти вещества выносятся дождями в грунтовые воды. Одновременно выщелачиваются из почвы и тяжелые металлы, которые затем усваиваются растениями, вызывая у них серьезные повреждения. Далее возникает острая опасность загрязнения грунтовых вод, а значит, и питьевой воды тяжелыми металлами, вынесенными кислотными дождями из почвы.

Проблема здоровой окружающей среды стала такой же жизненно важной, как и проблема обеспечения человека продуктами питания или энергией.

Поэтому не случайно тезис «здоровье людей зависит от здоровья окружающей среды» включая чистую воду, уборку отходов и наличие достаточного количества здоровой пищи вошел в документы Конференции ООН по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. , на которой была принята «Декларация Рио-де-Жанейро по окружающей среде и развитию» .

В российскую информационную среду термин устойчивое развитие вошел с переводом книги «Наше общее будущее» в 1989 г. В этом издании английский термин sustainable development был переведен на русский язык как устойчивое развитие. Однако более точно этот английский термин следовало бы передать как непрерывно поддерживаемое развитие, что гораздо полнее соответствует определению, данному Комиссией Брундтланд: «sustainable development — это такое развитие, которое удовлетворяет потребности настоящего времени, но не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои собственные потребности» .

Концепция устойчивого развития включает следующие основные положения: 1. В центре внимания — люди, которые должны иметь право на здоровую и плодотворную жизнь в гармонии с природой; 2. Охрана окружающей среды должна стать неотъемлемым компонентом процесса развития и не может рассматриваться в отрыве от него; 3. Удовлетворение потребностей в развитии и сохранении окружающей среды должно распространяться не только на нынешнее, но и на будущие поколения; 4. Уменьшение разрыва в уровне жизни между странами, искоренение бедности и нищеты принадлежит к числу важнейших задач мирового сообщества; 5. Чтобы добиться устойчивого развития, государства должны исключить или уменьшить не способствующие этому развитию модели производства и потребления.

www. footprintnetwork. o rg Разработчики метода расчета индикатора устойчивого развития Экологический след (Ecological Footprint) William Rees Mathis Wackernagel Экологический след – это степень потребления человеком ресурсов биосферы. Она может быть выражена с помощью параметра «площадь биологически продуктивной территории или акватории, которая необходима для обеспечения человека ресурсами и утилизации производимых отходов» .

22% 67% Низко-продуктивная акватория 4% Биологически продуктивная акватория 18% Биологически продуктивная территория 11% Пустыни, ледники, неплодородные земли

Территория + акватория = 1. 8 Га/человека

Дикие виды: сколько им? ?

Экологический след человечества превышал регенеративную способность планеты В 2001 году – на 20% В 2003 году – на 25%

Величина экологического следа некоторых стран

Страны дебиторы и кредиторы

Экологический след на личном уровне www. My. Footprint. org

Экологический фактор – любой элемент среды, способный оказать прямое влияние на живые организмы, хотя бы на одной из фаз их индивидуального развития. Среда – это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Условия жизни, или условия существования – это совокупность необходимых для организма элементов среды обитания, с которыми он находится в неразрывном единстве и без которых существовать не может.

Для каждого вида живых организмов существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости или выносливости в отношении каждого • Для каждого вида средового фактора живых организмов существуют оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости или выносливости в отношении каждого средового фактора

botsad. ru/images 3/d 3_2. jpg

Пределы выносливости вида в зависимости от интенсивности изучаемого экологического фактора (по Р. Дажо, 1975).

Экологическая пластичность видов (по Р. Дажо, 1975).

Юстус Либих 1840 г правило или закон минимума «Веществом находящемся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени»

Лимитирующий фактор Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется лимитирующим. Именно он и будет определяющим для развития организма

В. Шелфорд (1913) «закон толерантности» Процветание организма ограничено зонами максимума и минимума определенных экологических факторов. Между ними располагается зона оптимума Каждый вид характеризуется своей толерантностью – способностью переносить отклонения экологических факторов от оптимальных.

Абиотические факторы Свет радиация распределяется следующим образом: Солнечная • 42% отражается атмосферой в космическое пространство; • 15% поглощается толщей атмосферы и идет на ее нагревание • 43% достигает земной поверхности. Видимый свет состоит из лучей разной окраски и длины волн, что также влияет на приспособление организмов (напр. пигментный состав в воде и на суше). С участием света у растений и животных протекают важнейшие процессы: фотосинтез, транспирация, фотопериодизм (важны для синхронизации жизнедеятельности растений и животных с временами года), движение (фотонастии и фототаксис), зрение у животных

Температура Температурный фактор характеризуется ярко выраженными как сезонными, так и суточными колебаниями. Выходящие за пределы выносливости организмов изменения температуры в местах обитания приводят к массовой их гибели. По отношению к температуре как к экологическому фактору все организмы подразделяются на две группы: холодолюбивые и теплолюбивые Приостановка всех жизненных процессов организма называется анабиозом.

Правило Бергмана При продвижении на север средние размеры тела в популяциях эндотермных животных увеличиваются Правило Аллена У видов, живущих в более холодном климате, выступающие части тела (хвост, уши и др. ) меньше, чем у родственных видов из более теплых мест. Правило Глогера Окраска животных в холодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в теплом и влажном.

Влажность – это параметр, характеризующий содержание водяного пара (газообразной воды) в воздухе. Различают абсолютную и относительную влажности. Абсолютная влажность – количество газообразной воды, содержащейся в воздухе и выраженное через массу воды на единицу массы воздуха (напр. г/кг или г/куб. м). Относительная влажность – это отношение количества имеющегося в воздухе пара к насыщенному количеству пара при данных условиях температуры и давления.

Три основные экологические группы по отношению к водному режиму: • гигрофильные– организмы, обитающие во влажных местах, не переносящие водного дефицита и обладающие невысокой засухоустойчивостью (калужница болотная, кислица и др. , комары, стрекозы, жужелицы и др. ), • ксерофильные – организмы сухих местообитаний, способные переносить значительный недостаток влаги почвенную и атмосферную засуху (суккуленты, верблюды и др. ) • мезофильные– организмы умеренно влажных местообитаний (многие луговые травы, большинство лесных растений, значительная часть лиственных деревьев и др. ). Эфемеры (однолетние растения и некоторые животные) – организмы, которые успевают в очень короткие сроки пройти весь жизненный цикл, используя благоприятные по увлажнению условия.

БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ • Влияние животных организмов (зоогенные факторы) • Влияние растительных организмов (фитогенные факторы) • Влияние человека (антропогенные факторы).

Межвидовые взаимоотношения В Название взаимоотношения А Нейтрализм 0 0 Комменсализм 0 + Конкуренция - - Хищничество + - Паразитизм + - Симбиоз, мутуализм + +

Нейтрализм Оба вида живут на одной территории, не вступая в отношения друг с другом.

Комменсализм • Нахлебничество. • Бегемот и египетская цапля, которая собирает червей и насекомых из почвы, которую разрыхлил бегемот в поисках съедобных корней.

Комменсализм • рыба амфиприон скрывается среди щупалец морского анемонаактинии. Щупальца несут огромное количество стрекательных клеток, которые выстреливают ядовитые нити при первом приближении чужака

Конкуренция • Взаимоотношения между особями, вызванное сходными потребностями в ограниченном ресурсе. Приводит к снижению численности и рождаемости.

Паразитизм • Взаимоотношение организмов, при котором один организм (паразит) существует за счет другого организма (хозяина), причиняя ему вред.

Хищничество • Поедание одного организма (жертвы) другим (хищником), причем жертва должна быть живой к моменту нападения.

Симбиоз • Поскольку бегемотам большую часть жизни приходится проводить в воде, то чистить шкуру им помогают пернатые

Антропогенные факторы -совокупность воздействий человека и его хозяйственной деятельности на среду обитания и живые организмы • Положительное воздействие • Отрицательное воздействие

Отрицательное воздействие человека на окружающую среду • Вырубка лесов, осушение болот, строительство промышленных сооружений, выброс в природную среду производственных и бытовых отходов; извлечение невосполняемых природных земных ресурсов (нефть, газ, уголь и др. ); уничтожение видов промысловых животных в результате охоты, вытаптывание растений в результате туризма, сбор лекарственного сырья, грибов и т. п.

Положительное воздействие человека на окружающую среду • Разумное преобразование окружающей среды: посадка лесов, парков и садов; создание (селекция) новых сортов растений и пород домашних животных; организация охраняемых природных территорий (заказников, заповедников, национальных парков и т. п. ); сохранение уникальных природных объектов

Наиболее общим правилом является то, что индивиды любого живого вида всегда представлены не изолированными отдельностями, а их определенным образом организованными совокупностями. Это правило было сформулировано в 1903 году Сергеем Сергеевичем Четвериковым и получило название правила объединения в популяции. Термин «популяция» был впервые введен в 1903 году датским ученым Иогансеном для обозначения «естественной смеси особей одного и того же вида, неоднородной в генетическом отношении» . Популяция - достаточно многочисленная совокупность особей определенного вида, в течение длительного времени (большого числа поколений) населяющих определенное пространство (часть видового ареала), внутри которого практически осуществляется та или иная степень панмиксии и нет устойчивых изоляционных барьеров, и отделенная от соседних, таких же совокупностей особей данного вида той или иной степенью давления тех или иных форм изоляции (Яблоков, Ларина, 1985).

Численность и плотность популяций Численность популяции – это общее количество особей на данной территории или в данном объеме, зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. Плотность популяции определяется количеством особей или биомассой на единицу площади либо объема. Особи, составляющие популяции, имеют различные типа пространственного распределения, выражающие их реакции на различные влияния, напр. , добычу и благоприятные физические условия или конкурентные реакции. популяции: равномерное (редко, при острой конкуренции – некоторые хищные рыбы), случайное (только в однородной среде), групповое (наиболее часто).

Три основных типа распределения особей или групп особей в популяции А Б В А. Равномерное распределение. Б. Групповое распределение. В. Случайное распределение (по Ю. Одуму, 1986).

Рождаемость и смертность Рождаемость – это способность популяции к увеличению численности, характеризует частоту появления новых особей в популяции. Различают рождаемость абсолютную и удельную. Абсолютная (общая) рождаемость – число новых особей, появившихся за единицу времени. Удельная рождаемость выражается в числе новых особей на особь в единицу времени (для человека – число детей в год на 1000 человек) В популяции имеется тенденция к образованию теоретически максимально возможного количества новых особей для данного вида. Оно достигается лишь в идеальных условиях при отсутствии лимитирующих факторов. Обычно же существует экологическая или реализуемая рождаемость, возникающая в обычных или специфичных условиях среды, выработанная исторически как приспособление, которое обеспечивает пополнение убыли популяций. Смертность популяции – это количество особей, погибших за определенный период. Абсолютная (общая) смертность – это число особей, погибших в единицу времени. Удельная смертность (d) выражается отношением абсолютной смертности к численности популяции: Абсолютная и удельная смертность характеризует скорость убывания численности популяции вследствие гибели особей от хищников, болезней, старости и т. д.

Кривые выживания I – выпуклая кривая. II – ступенчатая кривая. III – теоретическая кривая. IV – сигмоидная кривая, приближающаяся к III. V – вогнутая кривая (по Ю. Одуму, 1986).

Возрастная структура Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. На соотношение их влияют общая продолжительность жизни, время достижения половой зрелости, интенсивность размножения – особенности, вырабатываемые в процессе эволюции, как приспособления к определенным условиям. По отношению к популяции обычно выделяют три экологических возраста: пререпродуктивный, пострепродуктивный. Следствием правила максимальной плодовитости (рождаемости) популяции служит правило стабильности возрастной структуры: любая естественная популяция стремится к стабильной возрастной структуре, четкому количественному распределению особей по возрастам. Это правило сформулировано А. Лоткой в 1925 году и приложимо лишь к высшим организмам с возрастной структурой популяции. Это правило дополняется правилом стабильности соотношения полов и в совокупности они составляют правило стабильности половозрастной структуры популяции. Для описания возрастной структуры в популяции выделяют возрастные группы, состоящие из организмов одного возраста, и оценивают численность каждой из этих групп. Результаты представляют в виде диаграмм или пирамиды.

Возрастные пирамиды. Три типа возрастных пирамид, характеризующих популяции с высокой (1), умеренной (2) и малой (3) численностью (в %) молодых особей (по Ю. Одуму, 1986). 1 2 3 Если основание пирамиды широкое, это означает, что рождаемость превышает смертность и численность растет. (1). Если же особей младших возрастных групп меньше, чем более старых, то численность будет сокращаться (3).

Возрастная структура популяции человека, рассчитанная отдельно для мужчин и женщин в Швеции (1965 г. ) и Коста. Рике (1963 г. ) (по Ю. Одуму, 1986).

Половой состав популяции Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении 1: 1. Но в силу разной жизнеспособности мужского и женского организмов это первичное соотношение нередко отличается от вторичного (при рождении) и третичного (для взрослых особей). У человека вторичное соотношение 100 девочек на 106 мальчиков, к 16 -18 годам выравнивается и к 50 годам составляет 100 к 85, а к 80 годам -100 к 50. Для разных видов соотношение полов может очень различаться и у некоторых видов пол изначально определяется экологическими, а не генетическими факторами.