ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ

Нижнекамский химико-технологический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

М. А. Рузанова., Г.Р. Патракова

ЭКОЛОГИЯ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Нижнекамск

УДК 502.7

Р82

Печатается по решению редакционно-издательского совета НХТИ ФГБОУ ВПО «КНИТУ»

Рецензенты:

Дмитриева О.С., кандидат технических наук

Кутузов А.Г., доктор технических наук

Рузанова, М.А., Патракова Г.Р.

Р82 Экология. Учебно-методическое пособие/ М.А. Рузанова, Г.Р. Патракова. – Нижнекамск: НХТИ ФГБОУ ВПО «КНИТУ», 2015.с.

Учебно-методическое пособие представляет собой тексты лекций по дисциплине «Экология», составленных в соответствии с действующим Государственным образовательным стандартом Министерства образования Российской Федерации для всех направлений и специальностей вузов, а также содержит практические задания для заочников.

Системное изложение материала, раскрывающие основные понятия и принципиальные научные положения курса, позволяет использовать пособие для подготовки к сдаче экзаменов и зачетов по дисциплине «Экология» и «Промышленная экология» студентами вузов и колледжей, а также слушателей курсов переподготовки специалистов в системе послевузовского образования.

Подготовлено на кафедре «Процессы и аппараты химической технологии» НХТИ ФГБОУ ВПО «КНИТУ».

УДК 502.7

© Рузанова М.А.,Патракова Г.Р., 2015

© НХТИ ФГБОУ ВПО «КНИТУ», 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Современная биосфера является продуктом многообразных процессов, протекающих на Земле 3,5-4,0 млрд лет. Окружающая нас атмосфера создана природой и остается неизменной в течение последних примерно 50 млн лет. Но в последнее время говорится о все большем изменении ее состава, разрушении озонового подслоя, изменении прозрачности и, соответственно, появлении смога (англ. smoke – дым; fog – туман), кратного увеличения ее загрязнения оксидами серы и азота, свинцом, ртутью, канцерогенными (в частности, бензапиреном) и другими веществами.

Время стихийного, безоглядного использования природных ресурсов уже прошло. Природопользование должно осуществляться только на научной основе, с учетом всех тех сложных процессов, которые происходят в окружающей среде как без участия, так и при участии человека. Иначе и не может быть, поскольку на природу воздействие человека и его деятельности становится все сильнее и сильнее. Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов является одним из наиболее актуальных природоохранных направлений. В решении указанных проблем велика роль подготовки экологических кадров, экологического образования и воспитания населения страны.

В данных учебно-методических указаниях изложены основные положения организации жизни на Земле, воздействие и последствия воздействия деятельности человека на биосферу, способы предотвращения вредного воздействия и принципы рационального использования природных ресурсов. А также приведены контрольные задания для студентов заочной формы обучения.

I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ

Термин «экология»ввел немецкий зоолог Э. Геккель в 1866 году, но как наука экология возникла в начале XX века, в широкий обиход это слово вошло в 1960 – х годах, когда стали говорить об экологическом кризисе как кризисе во взаимоотношениях человека со средой его обитания.

Экология (с греч. «ойкос» — дом, жилище и «логос» — наука, учение) — наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками — химией, физикой, геологией, географией, почвоведением, математикой.

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии — экосистемы (≈ биогеоценоз), т.е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Экосистема представляет собой функциональное единство организмов и окружающей среды. То есть это совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с другом и с окружающей их средой таким образом, что вся эта совокупность может сохраняться неопределенно долгое время. Экосистемой может быть сообщество живых существ и среды его обитания, объединенных в единые целые. Например: лес, озеро.

Всю биосферу можно рассматривать как совокупность экосистем. Кроме того, в область её компетенции входит изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяций, т.е. совокупностей особей одного вида, занимающих определённую область, называемую ареолом (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень). Сообществом или биоценозом называют совокупность растений и животных, населяющих участок среды обитания. Совокупность условий, необходимых для существования популяций, называется экологической нишей. Она определяет положение вида в цепях питания.

Современная экология тесно связана с политикой, экономикой, правом (включая международное право), психологией и педагогикой, т.к. только в союзе с ними можно выработать новый тип экологического сознания, коренным образом меняющей поведение людей по отношению к природе.

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

Теоретическая экология раскрывает общие закономерности организации жизни.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов.

Общетеоретические задачи экологии:

1) разработка общей теории устойчивости экосистем;

2) изучение экологических механизмов адаптации к среде;

3) исследование регуляции численности популяций;

4) изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;

5) исследование продукционных процессов;

6) исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания её устойчивости;

7) моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Основные прикладные задачи экологии:

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

2) улучшение качества окружающей природной среды;

3) сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

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

Экология

Рис. 1.Разделы экологии

Аутэкология - раздел экологии, изучающий взаимоотношения организма с окружающей средой и исследующий индивидуальные организмы на стыке с физиологией.

Синэкология - раздел экологии, изучающий взаимоотношения организмов различных видов внутри сообщества организмов. Часто синэкологию рассматривают как науку о жизни биоценозов.

Популяционная экология (демэкология) - раздел общей экологии, изучающий динамику численности популяций, внутрипопуляционные группировки и их взаимоотношения.

Само существование человеческого общества будет зависеть от прогресса этой науки.

Экология внедряется в другие области знаний и на стыке с другими науками появляются новые направления, например: экология + экономика (природы пользования), экология + юриспруденция (экологическое право), экология + технические науки (экотехника).

3 этапа развития науки

1. До середины XIX века экология была в составе биологии, накапливались знания о живых организмах, их разновидностях и среде обитания. (С.П. Крашенинников, К. Мёбиус, А. Т. Болотов, П.С. Паллас).

2. С середины XIX по середину XX века наука обрастает понятиями, законами принципами. (Э. Геккель, В. Шелфорд, Г.Г. Гаузе, А. Тенсли, В.Н. Сукачев, В.И. Вернадский, В.В. Докучаев).

3. С середины XX века наука стала комплексной и стала включать в себя разделы физики, химии, географии, математики. (Ю.Н. Куражсковский, В.В. Розанов, К.С. Лосев, Н.Ф. Реймерс, В.И. Коробкин).

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

Биосфера — это оболочка Земли, область распространения жизни, которая включает все живые организмы и все элементы неживой природы, образующие среду обитания живых. Биосфера включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу — океаны, моря, поверхностные воды суши, террабиосферу — поверхность самой суши, литосферу — верхние горизонты твёрдой земной оболочки. В пределах биосферы выделяют две категории слоёв: биосферу, где живые вещества локализованы постоянно - эубиосферу и расположенные выше и ниже неё соответственно парабиосферу и метабиосферу. В эти слои живые организмы могут попадать лишь случайно. Верхней границей биосферы (включая парабиосферу) является озоновый экран — слой атмосферы, в пределах стратосферы, расположенный на разной высоте от поверхности Земли и имеющий наибольшую плотность озона на высоте 22-26 км. Метабиосфера не опускается ниже 10-15 км, а нижней границей эубиосферы считаются донные отложения океана и верхние горизонты литосферы, подвергающиеся ныне (или подвергавшиеся в прошлом) воздействию живых организмов.

Ноосфера – сфера взаимодействия природы и общества в пределах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития, сфера разума.

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ

Среда обитания организма — это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям. Выделяют три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная, почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Биологи выделяют и четвёртую среду обитания — живые организмы. Среды организмом воспринимаются через экологические факторы.

Экологические факторы — это определённые условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы — вся совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Они делятся на физические, химические и эдафические.

Физические факторы — это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.) Например, температура.

Химические факторы — это те, которые происходят от химического состава среды. Например, солёность воды.

Эдафические факторы, т.е. почвенные — это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т.е. те, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений.

Биотические факторы — совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания. Биотические факторы способны влиять на абиотическую среду, создавая микроклимат и микросреду. Все виды взаимодействий между группами можно подразделить на внутривидовые и межвидовые.

Внутривидовые взаимодействия складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции. Групповой и массовый эффект — объединение животных одного вида в группы по две и более особей, и эффект, вызванный перенаселением среды. Эти эффекты называются демографическими факторами.

Межвидовые взаимоотношения

1. Нейтрализм — оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга.

2. Конкуренция — каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие.

3. Мутуализм — виды не могут существовать друг без друга.

4. Протокооперация (содружество) — оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно. Например, микоризные грибы могут оплетать корень растения и проникать в ткани корня, не нанося ему при этом существенного ущерба. Неспособные к фотосинтезу грибы получают из корней растений органические вещества, а у растений за счет разветвленных грибных нитей в сотни раз увеличивается всасывающая поверхность корней.

5. Комменсализм — один вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другому виду эти отношения безразличны. (Взаимная терпимость). Пример: эпифатные лишайники на стволе дерева. Лишайники в этом случае используют отмирающие поверхностные ткани ствола и получают от дерева пользу, но не наносят ему ущерба. Или рыбы-клоуны держатся среди щупалец актиний и таким образом укрываются от врагов:

· нахлебничество – поедание остатков трапезы другого: рыбы прилипалы и акулы, львы и гиены.

· квартирантство – проживание в жилищах и норах животных, не причиняя вреда (рыба горчак откладывает икру в двустворчатых моллюсках)

· сотрудничество – вместе поедают пищу, только разные ее части: зебры - верхушки трав, антилопы – верхние стебли, буйволы и слоны – средние и нижние стебли.

6. Аменсализм — один вид, аменсал, испытывает от другого угнетение роста и размножения. (Одному без разницы, другой угнетается). Пример: затенение деревом растущего под ним травянистого растения.

7. Паразитизм — паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель. Не сразу убивают, а постепенно, за длительное время, ухудшая состояние и снижая плодовитость. Это могут быть вирусы, бактерии, микроскопические грибы, простейшие, членистоногие, черви и т.д.

8. Хищничество — хищный вид питается своей жертвой.

Межвидовые отношения лежат в основе существования биотических ообществ (биоценозов).

Антропогенные факторы — факторы, порождённые человеком и воздействующие на окружающую среду.