Экология и проблемы, изучаемые экологией

Федеральное агентство по образованию

«Северо - западный государственный заочный

Технический университет»

Институт управления производственными и инновационными

программами

Кафедра психологии, психогигиены и экологии

Реферат

по дисциплине: «Экология»

на тему: «Экология и проблемы, изучаемые экологией»

выполнила студентка 1 курса

специальности 080105.65

Перина Ирина Александровна

шифр № 9701021026

Санкт - Петербург 2010 г.

Введение

Подобно всем другим областям знания, экология развивалась непрерывно, но неравномерно. Труды Гиппократа, Аристотеля и других древнегреческих философов содержат сведения явно экологического характера. Вместе с тем греки не знали слова «экология». Многие великие деятели эпохи «биологического возрождения» (XVIII--XIX вв.) внесли свой вклад в эту область. Например, Антон ван Левенгук, более известный как один из первых микроскопистов начала XVIII в., был также пионером в изучении «пищевых цепей» и динамики численности популяций -- двух важных разделов современной экологии. К середине XIX столетия сложилось понимание, что не только строение и развитие организмов, но и взаимоотношение их с окружающей средой подчинены определенным закономерностям, изучение которых, по выражению Э. Геккеля, «сулит блестящие и самые неожиданные плоды».

Экология как наука

Всякая наука становится действительно наукой лишь тогда, когда она поднимается до уровня обобщений, установления закономерностей, правил и законов, когда она наконец может предсказывать развитие событий. При взгляде на экологию с этих позиций ее следует считать наукой относительно молодой, сформировавшейся к концу XIX в. Однако любая наука имеет и период накопления фактов, первых наблюдений и первых обобщений. С этих позиций экология является очень древней наукой, ибо все мы -- интуитивные экологи, поскольку даже рыболов-новичок не рассчитывает поймать форель в пруду, а карпа в быстром горном потоке. Уже на заре истории человечества в пору собирательства, а затем охоты люди на основе наблюдений и опыта знали, где какое растение может произрастать и где какого зверя можно встретить. Таким образом, накопление знаний об образе жизни животных и растений, их зависимости от внешних условий и характере распределения началось очень давно, но только в 1866 г. немецкий биолог Э.Геккель предложил термин «экология» (в России благодаря конспективному переводу И.И.Мечниковым работы Э. Геккеля термин «экология» появился в 1869 г.). Следовательно, это сравнительно молодая наука. Но именно она переживает в настоящее время период быстрого роста.

Экология (от греч. oikos -- дом и logos -- наука) в буквальном смысле наука о местообитании. Существует много определений экологии как науки, однако подавляющее большинство современных исследователей считает, что экология -- это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.

Понятие экологии очень обширно, поэтому в зависимости от акцента на той или иной ее задаче меняется и сама формулировка. Для «долгосрочного употребления» лучшим определением может быть, например, следующее: «Экология -- это биология окружающей среды (environmental biology)». Один из отечественных экологов А. С.Данилевский давал такое определение: «Экология -- наука о структуре и функции экологических систем и о механизмах, обеспечивающих их гомеостазис». Для последних десятилетий XX в. наиболее подходит одно из определений, приведенное в полном словаре Уэбстера: «Предмет экологии -- это совокупность или структура связей между организмами и средой».

Соревнуясь друг с другом в точности и краткости формулировок, авторы забывают, что еще Э. Геккель дал этой науке исчерпывающее определение: «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего -- его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология -- это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин назвал условиями, порождающими борьбу за существование».

Для того чтобы внести ясность в предмет и задачи экологии как науки, охарактеризуем взаимоотношения ее с другими областями биологии. Удобно это сделать с помощью приема, использованного Ю. Одумом в его фундаментальном труде «Основы экологии» (1975). Если образно представить структуру биологии в виде «слоеного пирога» (рис. 2.1), то его можно «разрезать на куски» двумя способами. Можно делить «пирог» по горизонтали -- тогда получим фундаментальные, или базисные, науки, такие, как морфология, физиология, генетика, теория эволюции, молекулярная биология, биология развития и др., изучающие основные свойства жизни и не ограничивающиеся исследованием отдельных групп организмов. Но можно разрезать «пирог» и по вертикали -- тогда получим «таксономические» науки, занимающиеся изучением естественных групп живых организмов. Среди этих наук -- микробиология, ботаника и зоология.

В свою очередь каждая из них объединяет более частные науки, имеющие дело с собственной, сравнительно узкой группой живых организмов. В соответствии с этим мы вправе разделить зоологию на протозоологию, энтомологию, ихтиологию, орнитологию и т.д. При таком подходе экология относится к фундаментальным разделам биологии и представляет собой составную часть каждого таксономического подразделения. Мы можем говорить об экологии растений, экологии животных, экологии микроорганизмов, а рассматривая более частные элементы этих разделов, и об экологии птиц, рыб, насекомых и т.д.

В свою очередь экология подразделяется еще на четыре горизонта, соответствующих различным уровням биологической организации: от индивидуума через популяцию и сообщество к экосистеме. Для получения более наглядной картины, определяющей предмет и задачи экологии, можно вертикально разделить «экологический» слой не по принципу систематических таксонов, а по общим принципам биологической организации, таким как форма, функция, развитие, регуляция и адаптация.

Если мы рассмотрим все секции горизонта, соответствующего сообществу, то обнаружим секцию формы, определяющую численность и обилие видов; секцию функции, выясняющую взаимоотношения между популяциями хищника и жертвы и обоюдными влияниями конкурирующих видов; секцию развития, изучающую смену видов, например при переходе от расчищенной земли к лесу; секцию регуляций, исследующую способность сообщества поддерживать присущую ему стабильность, и секцию адаптации, изучающую эволюцию приспособлений.

Различия в понимании предмета между физиологом и экологом, изучающими один и тот же организм, хорошо определил в 1930 г. французский исследователь Плантефоль: физиолог изучает организм, помещенный в искусственные условия среды, и затем осуществляет синтез полученных разрозненных данных; эколог же рассматривает организм в природной обстановке, где на него действуют постоянно меняющиеся силы. Можно привести много случаев несоответствия между результатами, полученными в лабораторных условиях и в природе. Так, распределение в естественной среде обитания морской звезды (Echinaster sepositus) и рака-отшельника (Eupagurus prideauxi) обусловлено стеногалинностью, т. е. их высокой требовательностью к повышенной солености воды, но в лабораторных условиях они оказываются устойчивыми к сильному, даже быстро наступающему опреснению воды.

Взаимоотношение особей или групп особей того или иного вида с условиями среды составляет предмет одного из основных разделов общей экологии -- аутэкологии. Аутэкологические исследования обычно составляют важную часть современных ботанических, зоологических, сравнительно-физиологических и других работ. Для эколога важны те их результаты, которые позволяют выяснить место и роль изучаемого вида в экосистеме. Детальные экологические исследования наиболее существенны применительно к видам, играющим значительную роль в экосистемах. Особенно важны те проявления жизнедеятельности данного вида, которые обусловливают главнейшие его связи с другими входящими в экосистему видами.

В качестве специального раздела аутэкологии можно рассматривать популяционную экологию (демэкологию), в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов. С развитием популяционной экологии связано решение таких проблем, как механизмы регуляции численности организмов, оптимальная плотность и допустимые нормы изъятия из популяций используемых видов, например в случае промыслового лова; уничтожение или подрыв популяций при борьбе с вредителями и т.д. Это направление весьма перспективно, так как решает целый ряд важнейших не только теоретических, но и практических задач. К аутэкологии тесно примыкает этология -- наука о поведении животных.

Специфическая задача экологии состоит в изучении живой природы на уровне экологических систем, поэтому основным и ведущим ее разделом следует считать синэкологию (биоценологию), т.е. учение о сообществах растений, животных и микроорганизмов в их взаимодействии друг с другом и с неорганической средой обитания. В настоящее время биоценология переросла в науку об экосистемах, которую применительно к биоценозам суши обычно называют биогеоценологией.

Компоненты биоценоза и их абиотическое окружение настолько связаны между собой, что образуют единство, для которого английский ботаник А.Г. Тенсли в 1935 г. предложил термин «экосистема»; в современной экологии соответствующий раздел называется учением об экосистемах. В отечественной и немецкой литературе распространено представление о биогеоценозе, введенное академиком В. Н. Сукачевым: биогеоценоз -- единство биоценоза и биотопа, приуроченного к определенному участку земной поверхности, тогда как экосистема -- более широкое понятие.

Изучение биоценозов (биогеоценозов) включает несколько аспектов:

· структурный -- доминирование, видовое разнообразие, видовая насыщенность, соотношение приспособительных типов и др.;

· хорологический -- пространственное распространение ценозов, их структура в зависимости от общих климатических, зонально-поясных, ландшафтных и региональных особенностей среды;

· сукцессионно-динамический -- циклические и необратимые процессы, обусловленные изменениями среды как в результате взаимоотношений внутри ценоза, так и под влиянием антропогенных воздействий;

· функционально-ценотический -- трофические, симбиотические, антибиотические, конкурентные и другие отношения, средообразующая деятельность и т.д.;

· энергетический -- трофические уровни, поток энергии, формирование биологической продуктивности;

· биогеохимический -- механизмы круговорота веществ в биогеоценозе.

Эти аспекты исследований должны быть подчинены задаче раскрытия механизмов функционирования природных комплексов на основе моделирования важнейших протекающих в них процессов. Результаты исследований используются для прогнозирования изменений природных комплексов и разработки принципов управления ими.

Тематика экологии часто пересекается с тематикой других отраслей биологии: физиологии, генетики, биофизики, теории эволюции и т.д. Это определяет формирование множества промежуточных и синтетических направлений, таких как экологическая физиология, цитоэкология, продукционно-энергетическая экология, эволюционная экология и др. Некоторые изучаемые экологией вопросы, например установление форм внутрипопуляционных и межвидовых отношений, имеют огромное значение для понимания механизмов эволюции и для селекции. Отбор -- явление экологическое, так как представляет собой процесс преобразований вида. Исследования, проводимые в пограничной между экологией и физиологией областях, необходимы для решения таких актуальных задач, как выяснение механизмов адаптации к разным условиям, в том числе экстремальным -- холоду, сухости, снижению гравитации и т.д.

Экология тесно переплетается и с небиологическими науками -- химией, физикой, геологией, географией и др. Связь экологии с физико географическими и геофизическими проблемами особенно наглядна в гидробиологии: изучение совокупности организмов, населяющих толщу воды и дно, ведется совместно с исследованиями различных физических факторов воды, приливно-отливных явлений, циркуляции водных масс и др.

На стыке с геологией и палеонтологией возникла палеоэкология, восстанавливающая экологические связи вымерших видов на основании строения ископаемых форм и условий их захоронения. В результате соединения экологического подхода с принципами ландшафтоведения появилась экология ландшафта -- направление, которое тесно связано с проблемами рационального использования и охраны природных ресурсов. Внедрение в экологию принципов термодинамики породило продукционно-энергетическую экологию, которая наследует закономерности рассеивания потока энергии в пищевых цепях.

Привлечение данных о влиянии растительных и животных организмов на кору выветривания привело к созданию В.В. Докучаевым современного почвоведения. Недаром американский эколог Ю. Одум называет Докучаева одним из основателей экологии. На базе почвоведения в синтезе с другими науками возникли такие экологические дисциплины, как почвенная микробиология, почвенная зоология и др.

Наконец, экология тесно соприкасается с космонавтикой, так как жизнеобеспечение в условиях длительного космического полета -- это чисто экологическая проблема.

Таким образом, достижения экологии служат фундаментом для решения ряда актуальных задач современности. Все больше ученых мира склоняются к мнению, что экология -- одна из важнейших наук будущего. Экологические принципы постепенно пронизывают все более широкий круг проблем науки и производства. В частности, с данными, полученными экологией, тесно смыкаются такие проблемы, как управление крупными, полностью автоматизированными производственными объединениями или создание мощных кондиционированных систем жизнеобеспечения на предприятиях с участием большого числа людей. Здесь могут быть использованы многие принципы и механизмы, действующие в природе, например принципы обратной связи и доминантности, принципы множественного обеспечения надежности и соотношения лабильности и стабильности и т.д. Не случайно экологией в последнее время стали интересоваться представители таких далеких от биологии специальностей, как архитектура и строительство. Уже возникли новые научные направления инженерная экология, экология градостроительства.

Формирование новых синтетических направлений -- объективный процесс, связанный с повышением роли экологии в решении ряда проблем развития современного общества. Логика рождения новых направлений на стыке с экологией проста. Оперируя законами и принципами, экология, как и любая другая наука, объясняет различные феномены и отвечает на вопросы, которые ставит жизнь. Если возникают вопросы, выходящие за рамки ее компетенции, неизбежно привлечение понятийного и методологического аппарата из смежных областей -- так, например, образовалась пограничная дисциплина «Социальная экология». Формирование пограничных областей исследования может происходить также в результате изучения одной общей комплексной проблемы с привлечением методов и подходов разных наук. Примером такого объединения трех разных наук -- экологии, географии и экономики -- может служить рождение новой дисциплины «Геоэкология» .

Причастность экологии к решению практических проблем связана с тем, что само понятие «экология» становится все более неопределенным, так как его распространяют на самые различные сферы человеческой деятельности. Все чаще встречается трактовка экологии как синтетической науки. В то же время, как пишет академик А. Ф.Алимов (1989), «вряд ли правильно говорить о синтетической науке в отличие от синтетических материалов, также трудно представить междисциплинарную науку». Представляется правомерным предложенное тем же автором выделение специальной дисциплины «Социоэкология» (энвайронментология), которая, используя общие законы экологии, будет заниматься количественной оценкой взаимодействия человеческого общества с природными экосистемами. В таком случае сохранится значение экологии как сугубо биологической науки, исследующей структуру и функционирование систем надорганизменного уровня в естественных и измененных условиях, что не исключает, естественно, формирования частных синтетических направлений, связанных с решением различных задач.

Проблемы, изучаемые экологией

* Имеется несколько кардинальных проблем, в которых фокусируются основные направления и разделы современной экологии. Успехи в их решении в значительной мере определяют прогресс всей экологии, и поэтому на их изучение должны быть направлены усилия в первую очередь.

Экологические механизмы адаптации к среде. Для выявления этих механизмов методами экологии прежде всего необходимы исследования адаптивной структуры популяций. Перед экологами стоят такие вопросы, как изучение адаптивных черт поведения, географической, локальной и сезонной изменчивости, адаптивной ритмики биологических процессов в популяциях, приспособительного варьирования внутривидовых групп (семьи, стада, колонии, популяции и др.), приспособительных форм пространственного распространения животных и растений и т.д.

Особое значение приобретают вопросы, связанные со способами приспособлений популяций к крайним условиям, например, если изучаются биоценозы суши, адаптации к холоду, сухости, высоким температурам. Результатами таких исследований обусловлены успехи освоения человеком экстремальных ландшафтов -- арктических, пустынных, высокогорных и т.д.

Регуляция численности популяций. Эта проблема лежит в основе разработки комплекса мероприятий, направленных на управление динамикой численности вредителей сельского и лесного хозяйства, переносчиков болезней человека и сельскохозяйственных животных, а также численности промысловых и разводимых видов. На результатах этих исследований базируется планирование масштабов промысла, прогнозирование результатов изъятия особей из популяций в разных условиях. Эти вопросы имеют первостепенное значение для рыбного хозяйства. Оптимизация вылова рыбы, исключающая нарушения структуры популяций, невозможна без теории рыбного промысла, которая должна опираться на результаты детального изучения закономерностей роста, развития рыб определенных видов, размерно-весового состава популяций, индивидуальной и возрастной плодовитости в зависимости от условий среды обитания, а также влияния промысла на запасы рыб и условий их воспроизводства. Грамотный промысел требует грамотных экологов, а теория промысла служит основой для составления долгосрочных прогнозов. При высокой начальной интенсивности промысла улов сайки через 25 лет ниже, чем при минимальных начальных размерах вылова. Кроме того, его динамика мало зависит от размера ячеи сетей.

Один из главных для современного сельского хозяйства вопросов заключается в разработке системы мероприятий, обеспечивающих минимум применения химических средств борьбы с вредителями путем всемерного развития и совершенствования биологических методов. Синтетическая теория динамики численности популяций может служить основой для многих мероприятий в направлении осуществления интегрированной борьбы с вредителями.

Управление продукционными процессами. Решение этой проблемы лежит в основе мероприятий, направленных на рационализацию использования биологических ресурсов. Сюда входят вопросы количественной характеристики энергетического потока на разных трофических уровнях: во-первых, фотосинтез и формирование первичной продукции, во-вторых, утилизация гетеротрофами энергии, полученной от первого трофического уровня, и, наконец, образование вторичной продукции. Кроме того, эта проблема включает следующие моменты: интенсивность прироста и траты на метаболизм; продукционная эффективность различных звеньев пищевых цепей; факторы, влияющие на направление продукционного процесса, роль структуры сообщества в продукционно-энергетических отношениях и др.

В комплекс экологических исследований по этой проблеме должны также входить такие вопросы, как поддержание плодородия почвы, эффективность различных типов удобрений, рациональное размещение посевов и оптимизация режима возделывания почвы, предусматривающие не только получение высокого урожая, но и длительное сохранение плодородия и стабильности почвенных процессов, а также предохранение земель от истощения, эрозии. Сходный в принципе круг вопросов встает и в связи с необходимостью сохранения продуктивности моря и внутренних вод.

Устойчивость природных и антропогенных ценозов. Эта проблема связана с теорией сукцессии, с вопросами видового разнообразия и специфики ценотических отношений. В перспективе -- сознательное размещение человеком устойчивых и неустойчивых экосистем в оптимальном сочетании, использование регуляторных механизмов в агроценозах. Такие исследования позволят в будущем создавать принципиально новые структурные единицы биосферы -- природно-хозяйственные экосистемы, в которых должны преобладать черты устойчивости, стабильности, максимальной эффективности продукционного процесса.

Экологическая индикация. Сюда входит чрезвычайно широкий круг вопросов как теоретических, так и тесно связанных с нуждами различных отраслей промышленности, сельского хозяйства, морского промысла, а также с необходимостью сохранения среды обитания человека.

Задачи экологической индикации -- определение свойств тех или иных компонентов ландшафта и установление направления их изменений по видовому составу обитающих в данных условиях организмов. Экологическая индикация широко используется для диагностики типов почв и установления направления изменений почвообразовательного процесса, для определения качества воды и воздуха, поиска полезных ископаемых, особенно рассеянных, не обнаруживаемых с помощью, обычных геологических и геофизических методов.

К достоинствам методов биоиндикации и биотестирования можно отнести их чувствительность, оперативность, универсальность (применимость в различных регионах), информативность и доступность, т.е. относительную дешевизну в использовании. Так, метод лихеноиндикации основан на закономерном исчезновении эпифитных лишайников при возрастании содержания загрязняющих веществ в воздухе. Например, лишайник Lobaria pulmonaria чувствителен даже к крайне низкому содержанию в воздухе загрязняющих веществ. Метод лихеноиндикации не требует дорогостоящего оборудования; для его применения нужен только подготовленный исследователь, способный распознать в природе разные виды лишайников.

Кроме охарактеризованных выше общеэкологических проблем имеются конкретные практические вопросы, которые должны решаться с участием экологов:

Оздоровление ландшафта, т. е. разработка мер по ликвидации угрозы заболевания человека в результате распространения раз личных заболеваний в природном ландшафте. В компетенцию экологии входит изучение природных очагов заболеваний; изучение экологии видов-возбудителей, переносчиков, резерваторов; выявление наиболее уязвимых мест в структуре природного очага с целью воздействия на него и др.

Восстановление нарушенных экосистем, т.е. комплекс вопросов, связанных с нежелательными последствиями деятельности человека и объединяемых общей задачей -- вернуть нарушенные части ландшафта в сферу культурно-хозяйственного использования. Примером могут служить следующие проблемы: рекультивация нарушенных и выведенных из хозяйственного пользования земельных угодий-- торфоразработок, терриконов, отвалов при поверхностной добыче полезных ископаемых; восстановление пастбищ, выведенных из сферы нормальной эксплуатации перевыпасом; восстановление эродированного почвенного покрова и др.

3.Утилизация органических отходов городов, т.е. разработка методов гумификации и минерализации органических отбросов, создание замкнутых технологических циклов с использованием разнообразных групп организмов, участвующих в процессах утилизации органического вещества и дающих определенный выход биологической продукции, которая используется в последующих звеньях единого производства. В основе решения данной проблемы лежит теория трофо - энергетического функционирования экосистем и круговорота веществ.

Переход от промысла к хозяйству, т. е. разработка принципов и стратегии перехода от «собирательства» к высокопродуктивному земледелию, от «охоты» к культурному хозяйствованию, каковыми, например, являются полувольное и вольное разведение промысловых беспозвоночных животных, создание мощных рыборазводных комплексов и многое другое.

Сохранение эталонных участков биосферы, т.е. разработка системы заповедного дела, направленная на длительное сохранение наиболее типичных ландшафтов, озер и других экосистем, отдельных видов животных и растений. Основная функция заповедников состоит в том, чтобы гарантировать здоровое состояние среды и тем самым поддерживать экологическую устойчивость. Кроме того, заповедники следует рассматривать как экологические лаборатории, в которых могут быть выяснены многие аут-экологические и синэкологические вопросы. Необходимо создать систему заповедных участков с разной степенью вмешательства человека в экосистему -- от абсолютно заповедных до поддерживаемых человеком при заданном режиме.

Список ближайших задач был бы неполным без упоминания необходимости разработки мер по устойчивому использованию природных ресурсов. «Устойчивое» использование территории означает ведение хозяйства без ущерба для биоразнообразия. Оно особенно актуально по отношению к лесному и сельскому хозяйству. Устойчивое «управление» лесами направлено на поддержание лесных массивов в таком состоянии, при котором изъятие древесины не приводит к нарушению устойчивости лесных экосистем и сокращению биологического разнообразия. При этом особое внимание уделяется сохранению крупных сплошных массивов леса, ключевых биотопов и поддержанию климаторегулирующих и иных полезных функций леса. Задача эколога состоит в разработке и оценке критериев и индикаторов для ведения экологически устойчивого лесного и сельского хозяйств.

Современная экология представляет собой обширный комплекс научных направлений, использующих огромный арсенал научных методов и технических средств исследования. Причастность экологии к решению острейших проблем современности -- основа для рождения новых направлений и подходов на стыке экологии с различными научными дисциплинами. Взаимоотношение экологии с широким спектром частных и специальных дисциплин можно образно представить в виде «...»экологического цветка», в центре которого находится общая экология -- наука о законах взаимоотношений организмов и условий среды. Лепестки цветка -- это науки, посвященные конкретным объектам» (Б. Мир-кин, Л. Наумова, 1994).

Список использованной литературы

1. Бродский А.К. Краткий курс общей экологии: Учеб. пособие./ А.К.Бродский. - С - Пб. ДЕАН, 2000.

2. Коробкин. В.И. Экология: учебник для вузов/ В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. - Ростов н /Д: ФЕНИКС, 2006.