Классификация, задачи и объекты экологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Приведите классификацию, задачи и объекты экологии

Экология (гр.oikos дом, жилище, родина + logos понятие, учение) - это:

1. Область знания, изучающая взаимоотношения организмов и их сообществ с окружающей средой (в том числе и с другими организмами и сообществами).

2. Часть биологии (биоэкология), изучающая отношения организмов (особей, популяций, биоценозов и т.п.) Между собой и с окружающей средой, включает экологию особей (аутэкология), экологию популяций (популяционная экология, демэкология) и экологию сообществ (синэкология).

3. Дисциплина, изучающая общие законы функционирование экосистем различного иерархического уровня.

4. Комплексная наука, исследующая среду обитания живых существ, включая человека.

5. Область знания, рассматривающая некую совокупность предметов и явлений с точки зрения субъекта или объекта (как правило, живого или с участием живого), принимаемого за центральный в этой совокупности (это может быть и отдельное промышленное предприятие).

6. Исследование положения человека как вида и всего человеческого общества в экзосфере планеты, связи с экологическими системами и возможностей воздействия на них. Современная всеобщая экология - научное направление, рассматривающее некую значимую для центрального члена анализа (субъекта, живого объекта) совокупность природных и от части социальных (для человека) явлений и предметов с точки зрения интересов этого центрального объекта или живого объекта.

В настоящее время экология распалось на ряд научных отраслей и дисциплин, хотя в основе всех современных направлений лежат фундаментальные идеи биоэкологии. По размерам объекта изучения экологию делят на аутэкологию (организм и его среда), популяционную экологию, или демэкологию (популяция и её среда), синэкологию (биотические сообщество, экосистем и их среда) и глобальную экологию (мега экология, учение о биосфере Земли). По отношению к предметам изучения экологию подразделяют на экологию микроорганизмов (прокариот), грибов, растений, животных, человека, сельскохозяйственную, промышленную (инженерную), общую экологию (теоретически обобщающую дисциплину). По средам и компонентам различают экологию суши, пресных водоёмов, морскую, Крайнего Севера и т.д.

Задачи экологии как науки:

исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенными воздействиями на природные системы и биосферу в целом;

создание научной основы рациональной эксплуатации биологических и земных ресурсов, прогнозирования изменений природы под влиянием деятельности человека и управления процессами, протекающими в биосфере, и сохранение среды обитания человека;

регуляция численности популяций;

разработка системы мероприятий, обеспечивающих минимум применения отрицательно влияющих на человека средств борьбы с вредными видами;

экологическая индикация при определении свойств тех или иных компонентов и элементов ландшафта, в том числе индикация загрязнения природных сред;

восстановление нарушенных природных систем;

переход от промысла к хозяйству;

сохранение (консервация) эталонных участков биосферы.

Для радиофизиков задачи экологии как учебной дисциплины несколько видоизменяются. Поскольку в процессе своей профессиональной деятельности радиофизик неизбежно будет влиять на живые организмы и окружающую среду, он должен понимать структуру и законы природы, чтобы свести к минимуму негативные последствия своей деятельности.

Рис. 1 - Строение мира (всеобщая иерархия систем) и положение биологических наук, изучающих различные уровни его организации (по В.Д. Радкевичу, 1983)

Задачи экологического образования во многом определяются Примерной программой дисциплины "Экология" и могут быть сформулированы следующим образом:

- развить представление о человеке как о части природы, о единстве и самоценности всего живого и невозможности выживании человека без сохранения биосферы с определенным запасом экологического разнообразия;

- обучить грамотному восприятию явлений, связанных с жизнью человека в природной среде, в том числе и его профессиональной деятельность;

- внедрить новые перспективные "экологически чистые" ресурсы и энергосберегающие технологии и методы природопользования.

Должны быть созданы условия для формирования экологического мышления, основанного на экологическом императиве. Представление о биосфере как о гаранте жизни человечества должно определять все виды человеческого общества и ее пределы.

Лучше всего можно определить содержание современной экологии, исходя из концепции уровней организации, которые составляют своеобразный «биологический спектр» (см. рис. ниже).

Ген, клетка, орган, организм, популяция и сообщество - основные уровни организации жизни; в «биологическом спектре» они расположены в иерархическом порядке - от малых систем к крупным. Причём теоретически этот спектр можно продолжить до бесконечности в обе стороны.

На каждом уровне в результате взаимодействия с окружающей физической средой (энергией и веществом) возникают характерные функциональные системы. Под системой понимается упорядочено взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое.

Экология изучает, главным образом, те системы, которые расположены в правой части этого спектра, то есть системы выше уровня организма.

В экологии значение термина «популяция», первоначально обозначавшего группу людей, расширено и обозначает группу особей любого вида организмов. Сообщество в экологическом смысле включает все популяции, занимающие данный участок. Сообщество и неживая среда функционируют совместно, образуя экологическую систему, или экосистему. Сообществу и экосистеме приблизительно соответствуют часто употребляемые в европейской и русской литературе термины биоценоз и биогеоценоз (жизнь и земля, функционирующие вместе):

сообщество биоценоз

экосистема биогеоценоз.

Самая крупная и наиболее близкая к идеалу в смысле «самообеспечения» биологическая система, которую мы знаем, - это биосфера, или экосфера. Она включает все живые организмы Земли, находящиеся во взаимодействии с физической средой Земли как единое целое, которая поддерживается как система в состоянии устойчивого равновесия, получая поток энергии от Солнца и переизлучая эту энергию в космическое пространство.

В чем заключаются основные противоречия между развитием общественного производства и необходимостью сохранения качества окружающей среды

Как правило, любое сознательное преобразование человеком природы имеет своей целью улучшение ее условий для жизни человека. Поэтому и заметны прежде всего эти положительные с точки зрения человека процессы. Однако, имеют место и отрицательные последствия хозяйственной деятельности человека, что заставляет ученых и хозяйственников уделить значительное внимание их изучению, прогнозированию, учету в управленческих решениях.

Противоречия между человеческим обществом и природой накапливались на протяжении всей истории, но особенно обострились во второй половине ХХ века. Критическую ситуацию образуют две негативные тенденции:

1. Потребление ресурсов Земли настолько превысило темпы их естественного воспроизводства, что истощение природных богатств стало оказывать заметное влияние ни их использование, на национальную и мировую экономику и привело к необратимому обеднению литосферы и биосферы.

2. Причины, вызванные многофункциональностью и альтернативностью использования природных ресурсов, с одной стороны, и экономического, с другой - биологического и социального назначения. Например, промышленность отбирает у коммунального хозяйства питьевую воду, разрушает пейзажи, углубляет урбанизацию, снижает рекреационный потенциал курортных зон и прочее.

3. Причины технологического характера, связанные с несовершенством технологических процессов добычи, переработки и использования природных ресурсов. Их следствием является экстенсивный характер воспроизводства природных ресурсов, низкий КПД их переработки и, как следствие, интенсивное загрязнение окружающей среды. Не случайно, что среди методов борьбы с загрязнением воздушной и водной среды также до сих пор преобладает экстенсивный метод. Он основан на разбавлении выбросов (например, строительство высоких дымовых труб), он использует естественный потенциал самоочищения экосистем, достижение предела которого приводит к срыву экологического равновесия. Полезно используется не более 5 % добываемого природного вещества, остальные 95 % возвращаются природе уже в менее компактном и организованном, но в гораздо более токсичном виде. Эти отходы превращаются в загрязнители, поражающие качество природных сред: воздуха, воды, почвы.

4. Причины гносеологического характера, обусловленные недостаточным знанием законов природы и невозможностью проследить всю причинно-следственную связь природных процессов. Они вызывают ошибки в выборе методов обработки земли, в использовании химикатов в сельском хозяйстве (ущерб от которых иногда превышает выгоды), в активизации применения монокультур и объединении естественного генофонда, в неоправданном увеличении мощности сельскохозяйственных машин, в неправильном проектировании застройки городов.

5. Причины организационного характера, возникающие из-за несовершенства хозяйственного механизма, когда экологические цели недостаточно подкреплены системой планирования и экономического стимулирования.

В течение последних десятилетий технологии общественного производства и сфера потребления все больше удалялись от использования природных материалов, от циклов естественного круговорота веществ в природе. Современная промышленность прямо и посредством сельского хозяйства, транспорта, коммунального хозяйства и торговли вносит в окружающую среду огромные количества таких материалов и веществ, которые чужды биогеохимии экологических систем и природных ландшафтов. Масса таких ксенобиотиков («чуждых жизни», от греческого «ксенос» - чужой) - синтетических пластиков, детергентов, фреонов, пестицидов и множества других веществ постоянно возрастает. Одновременно в среду, в почву и водоемы попадают и биогенные элементы, но в таких количествах и сочетаниях, которые часто превосходят ассимиляционную и самоочищающую способность природных систем. Это приводит к различным неблагоприятным последствиям. Именно химическая несовместимость ряда производств и окружающей природы, масштабы техногенного загрязнения среды вызывают необходимость развития средств и способов изоляции производства - замкнутых технологических циклов, оборотных систем, малоотходных технологий, системного кооперирования производства. Поскольку, однако, никакое производство не может быть полностью замкнутым, параллельно возникает по существу технико-экономическая потребность согласования материально - энергетических потоков производства и окружающих природных систем. Одной из форм уменьшения ксенобиотизма экономики является внедрение биотехнологических процессов в различные отрасли производства и натурализация потребления - замена возможно большего числа синтетических ксенобиотиков натуральными и экологически чистыми продуктами и материалами. Человек, пытаясь улучшить некоторые функции окружающей среды, чаще всего наносит ущерб другим ее функциям. Поэтому практически любое антропогенное изменение окружающей среды является на сегодняшнем этапе ее загрязнением.

Какие направления инженерной защиты окружающей среды вы знаете?

Проблема охраны окружающей среды является наиболее острой глобальной проблемой начала XXI века. Как глобальная проблема, проблема охраны окружающей среды актуальна для всего мира в целом, для каждого региона планеты, для каждого государства в отдельности. Основные направления инженерной защиты окружающей среды от загрязнения и других видов антропогенных воздействий - внедрение ресурсосберегающей, безотходной и малоотходной технологии, биотехнология, утилизация и детоксикация отходов и главное - экологизация всего производства, при котором обеспечивалось бы включение всех видов взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота веществ. Принципиально новый подход к развитию всего промышленного и сельскохозяйственного производства - создание малоотходной и безотходной технологии. В соответствии с определением Комиссии ООН в 1984 г. безотходная технология - это такой способ производства продукции (процесс, предприятие, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы - производство - потребитель - вторичные ресурсы, в результате чего любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования. К тому же безотходная технология - это такой способ производства, который обеспечивает максимально полное использование перерабатываемого сырья и образующихся при этом отходов. Более точным следует считать термин «малоотходная технология», так как абсолютно «безотходная технология» в принципе невозможна, ибо противоречит второму началу термодинамики, позволяющую получить минимум твердых, жидких и газообразных отходов. Малоотходной называют технологию, и на современном этапе развития научно-технического прогресса она является наиболее реальной.

Огромное значение для снижения уровня загрязнения окружающей среды, экономии сырья и энергии имеет повторное использование материальных ресурсов, т.е. рециркуляция. Так, производство алюминия из металлолома требует всего 5% энергозатрат от выплавки из бокситов, причем переплав 1 т вторичного сырья экономит 4 т бокситов и 700 кг кокса, снижая одновременно на 35 кг выбросы фтористых соединений в атмосферу. В комплекс мероприятий по сокращению до минимума количества вредных отходов и уменьшения их воздействия на окружающую природную среду: - разработка различных типов бессточных технологических систем и водооборотных циклов на основе очистки сточных вод;

- разработка систем переработки отходов производства во вторичные материальные ресурсы;

- создание и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования;

- создание принципиально новых производственных процессов, позволяющих исключить или сократить технологические стадии, на которых происходит образование отходов. Начальным этапом этих комплексных мероприятий, нацеленных на создание в перспективе безотходных технологий, является внедрение оборотных, вплоть до полностью замкнутых, систем водопользования. Оборотное водоснабжение - это техническая система, при которой предусмотрено многократное использование в производстве отработанных вод (после их очистки и обработки) при очень ограниченном их сбросе (до 3%) в водоемы. Замкнутый цикл водопользования - это система промышленного водоснабжения и водоотведения, в которой многократное использование воды в одном и том же производственном процессе, осуществляется без сброса сточных и других вод в природные водоемы. Одним из важнейших направлений в области создания безотходных и малоотходных производств является переход на новую экологическую технологию с заменой водоемких процессов безводными или маловодными. Однако полный перевод промышленного и сельскохозяйственного производства на безотходную и безводную технологиии и создание полностью экологизированных производств сопряжены с весьма сложными проблемами различного характера - организационными, научно-техническими, финансовыми и другими, и поэтому современное производство еще долгое время будет потреблять для своих нужд огромное количество воды, иметь отходы и вредные выбросы.

Какие организмы существуют в почве? Какую роль они играют?

аутэкология микроорганизм почвозащитный лес

Почва представляет собой рыхлый тонкий поверхностный слой суши, контактирующий с воздушной средой. Несмотря на незначительную толщину, эта оболочка Земли играет важнейшую роль в распространении жизни.

Растения, животные и микроорганизмы, обитающие в почве, находятся в постоянном взаимодействии друг с другом и со средой обитания.. В среднем почва содержит 2 - 3 кг/м² живых растений и животных, или 20 - 30 т/га. При этом в умеренном климатическом поясе корни растений составляют 15т (на 1 га), насекомые - 1 т, дождевые черви - 500 кг, нематоды - 50кг, ракообразные-40 кг, улитки, слизни-20кг, змеи, грызуны - 20 кг, бактерии - Зт, грибы - Зт, актиномицеты - 1,5 т, простейшие - 100 кг, водоросли - 100 кг. По своему строению они бесконечно разнообразны, но все заняты превращением отмерших листьев, травы и других органических остатков в усвояемую форму, а также взрыхлением почвы, для лучшего проникновения в нее воздуха и воды. Благодаря большому количеству различных живых существ, перерабатывающих в почве остатки растительности и животных, формирующих ее структуру и продуктивность, почва является образованием, в котором непрерывно протекает множество физических процессов, реакций химического разложения и синтеза. Благодаря этим взаимоотношениям и в результате коренных изменений физических, химических и биохимических свойств горной породы в природе постоянно происходят почвообразовательные процессы. Верхний слой почвы улучшается благодаря тому, что черви и насекомые, прорывая в нем ходы, постоянно выносят на поверхность частицы подпочвы.

Почвенных обитателей в зависимости от их размеров и степени подвижности можно разделить на несколько групп.

Для мелких почвенных животных, которых объединяют под названием микрофауна (простейшие, коловратки, тихоходки, нематоды и др.), почва - это система микроводоемов. По существу, это водные организмы. Они живут в почвенных порах, заполненных гравитационной или капиллярной водой, а часть жизни могут, как и микроорганизмы, находиться в адсорбированном состоянии на поверхности частиц в тонких прослойках пленочной влаги. Многие из этих видов обитают и в обычных водоемах. Однако почвенные формы намного мельче пресноводных и, кроме того, отличаются способностью долго находиться в инцистированном состоянии, пережидая неблагоприятные периоды. В то время как пресноводные амебы имеют размеры 50-100 мкм, почвенные - всего 10-15. Особенно мелки представители жгутиковых, нередко всего 2-5 мкм. Почвенные инфузории также имеют карликовые размеры и к тому же могут сильно менять форму тела.

Рис. 2 - Микрофауна почвы (по W. Dunger, 1974): 1-4- жгутиковые; 5-8 - голые амебы; 9-10 - раковинные амебы; 11-13 - инфузории; 14-16 - круглые черви; 17-18 - коловратки; 19-20 - тихоходки

Для дышащих воздухом несколько более крупных животных почва предстает как система мелких пещер. Таких животных объединяют под названием мезофауна. Размеры представителей мезофауны почв - от десятых долей до 2-3 мм. К этой группе относятся в основном членистоногие: многочисленные группы клещей, первичнобескрылые насекомые (коллемболы, протуры, двухвостки), мелкие виды крылатых насекомых, многоножки симфилы и др. У них нет специальных приспособлений к рытью. Они ползают по стенкам почвенных полостей при помощи конечностей или червеобразно извиваясь. Насыщенный водяными парами почвенный воздух позволяет дышать через покровы. Многие виды не имеют трахейной системы. Такие животные очень чувствительны к высыханию. Основным средством спасения от колебания влажности воздуха для них является передвижение вглубь. Но возможность миграции по почвенным полостям вглубь ограничивается быстрым уменьшением диаметра пор, поэтому передвижения по скважинам почвы доступны только самым мелким видам. Более крупные представители мезофауны обладают некоторыми приспособлениями, позволяющими переносить временное снижение влажности почвенного воздуха: защитными чешуйками на теле, частичной непроницаемостью покровов, сплошным толстостенным панцирем с эпикутикулой в сочетании с примитивной трахейной системой, обеспечивающей дыхание.

Рис. 3 - Мезофауна почв (no W. Danger, 1974): 1- лжескориион; 2 - гама новый клеш; 3-4 панцирные клещи; 5 - многоножка пауроиода; 6 - личинка комара-хирономиды; 7 - жук из сем. Ptiliidae; 8-9 коллемболы

Более крупных почвенных животных, с размерами тела от 2 до 20 мм, называют представителями макрофауны. К данной группе относятся личинки насекомых, многоножки, энхитреиды, дождевые черви и др. Почва для них является плотной средой, оказывающей значительное механическое сопротивление при движении. Они передвигаются в почве, расширяя естественные скважины путем раздвижения почвенных частиц, роя новые ходы. Оба способа передвижения накладывают отпечаток на внешнее строение животных. У многих видов развиты приспособления к экологически более выгодному типу передвижения в почве - рытью с закупориванием за собой хода. Газообмен большинства видов данной группы осуществляется при помощи специализированных органов дыхания, но наряду с этим дополняется газообменом через покровы. У дождевых червей и энхитреид отмечается исключительно кожное дыхание. Роющие животные могут уходить из слоев, где возникает неблагоприятная обстановка. К зиме и в засуху они концентрируются в более глубоких слоях, большей частью в нескольких десятках сантиметров от поверхности.

Рис. 4 - Макрофауна почв (no W. Danger, 1974): 1- дождевой червь; 2 - мокрица; 3 - губоногая многоножка; 4 - двупарнононогая многоножка; 5 - личинка жужелицы; 6 - личинка щелкуна; 7 - медведка; 8 - личинка хруща

Мегафауна почв - это крупные землерои, в основном из числа млекопитающих. Ряд видов проводит в почве всю жизнь (слепыши, слепушонки, цокоры, кроты Евразии, златокроты Африки, сумчатые кроты Австралии и др.). Они прокладывают в почве целые системы ходов и нор. Внешний облик и анатомические особенности этих животных отражают их приспособленность к роющему подземному образу жизни. У них недоразвиты глаза, компактное, вальковатое тело с короткой шеей, короткий густой мех, сильные копательные конечности с крепкими когтями. Слепыши и слепушонки разрыхляют землю резцами. К мегафауне почвы следует отнести и крупных олигохет, в особенности представителей семейства Megascolecidae, обитающих в тропиках и Южном полушарии. Самый крупный из них австралийский Megascolides australis достигает в длину 2,5 и даже 3 м.

Кроме постоянных обитателей почвы, среди крупных животных можно выделить большую экологическую группу обитателей нор (суслики, сурки, тушканчики, кролики, барсуки и т. п.). Они кормятся на поверхности, но размножаются, зимуют, отдыхают, спасаются от опасности в почве. Целый ряд других животных использует их норы, находя в них благоприятный микроклимат и укрытие от врагов. Норники обладают чертами строения, характерными для наземных животных, но имеют ряд приспособлений, связанных с роющим образом жизни. Например, у барсуков длинные когти и сильная мускулатура на передних конечностях, узкая голова, небольшие ушные раковины. У кроликов по сравнению с зайцами, не роющими нор, заметно укорочены уши и задние ноги, более прочный череп, сильнее развиты кости и мускулатура предплечий и т.п.

В чем заключается почвозащитная роль леса?

Лес входит в состав разнообразного растительного мира и представляет особую ценность. Это природный комплекс, состоящий из древесных растений одного или многих видов, растущих близко друг от друга, образующих сравнительно сомкнутый древостой, и множества других организмов вместе с почвами, подпочвами, поверхностными водами и прилежащим слоем атмосферы. Лес представляет собой природную систему, состоящую из взаимодействующих и взаимосвязанных компонентов, которая характеризуется динамическим равновесием, устойчивостью, авторегуляцией, высокой способностью к восстановлению и обновлению, особым балансом энергии и веществ, динамичностью процессов с тенденциями к их стабильности, географической обусловленностью.

Имеется много классификаций лесов по выполнению ими защитных и водоохранных функций. Иногда выделяют водоохранно-защитные леса, считая, что водоохранные, водорегулирующие и почвозащитные функции проявляются вместе. Лес выполняет их на всей его площади, а не только в границах специально выделенных категорий защитности. Однако степень проявления этих функций зависит от расположения лесных массивов, от рельефа, почвы, гидрографической сети, характера насаждений и от других причин.

К защитным относятся леса, выполняющие противоэрозионные или почвозащитные функции. Эти функции леса связаны с его способностью переводить поверхностный сток во внутрипочвенный, уменьшать степень промерзания почвы, скреплять ее корнями, улучшать водно-физические свойства. Лес предохраняет почву от размыва и смыва (так называемой водной эрозии), обвалов, от переноса ветром (ветровой эрозии). Иногда выделяют пескоукрепительные, полезащитные и снегосборные категории защитных лесов. Лесные массивы защищают населенные пункты и земельные угодья от вредного влияния атмосферных факторов (ветров, температурных крайностей, снежных заносов).

К водоохранно-защитным относятся берегозащитные леса. Их иногда разделяют на пойменные, склоновые и по коренному берегу. Берегозащитные леса ослабляют эрозию берега, аккумулируют речные наносы, препятствуют заилению русла и образованию перекатов. Кроме того, они поддерживают чистоту воды и предотвращают поверхностный сток загрязненной воды с полей. Лес в поймах рек укрепляет выпуклый берег и аккумулирует речные наносы на вогнутом берегу. В поймах должны произрастать устойчивые к затоплению древесные породы (ивы, осокорь, ольха серая и черная). Пойменный лес во время половодья выполняет кольматирующую роль, т.е. является своеобразным фильтром. Для такой роли лучше всего подходит редкостойный лес с густым кустарниковым подлеском. На склонах коренного берега и у бровки лес предотвращает оползни и осыпи, скрепляя почву корнями, предохраняет ее от эрозии. Чтобы берег не разрушался при ветре и раскачивании деревьев, насаждения должны располагаться не у самой бровки, а на некотором расстоянии от нее. Для водопоглощающих полос наиболее подходят древесные породы с глубокой корневой системой (сосна, лиственница, пихта).

Литература

1. Андреев М.В. Основы экологии: Конспект лекций. - Днепропетровск, 2002. - 128 с.

2. Степановских А.С. Экология: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 703 с.

3. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития: Учебное пособие. М.: Изд-во Рос. экон. акад., 1994.- 312 с.

4. Чернова Н.И., Былова А.М. Общая экология. Дрофа, 2004. - 416 с.

5. Маврищев В.В. Основы экологии: Учебник. -3-е изд., испр. и доп. - Минск: Выш. шк., 2007. - 447 с.

6. Мартынов А.Н., Мельников Е.С., Ковязин В.Ф., Аникин А.С., Минаев В.Н., Беляева Н.В. Основы лесного хозяйства и таксация леса: Учебное пособие для студентов направления 250300 «Технология и оборудование лесозаготовительного и деревообрабатывающего производств» и специальности 120303 «Городской кадастр». - СПб.: ООО Изд во «Лань», 2008.-372 с.

7. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология: Учебник для вузов /- Изд. 12-е, доп. и перераб. - Ростов н/Д: Феникс, 2007. - 602 с.

8. Дикань В.Л., Позднякова Л.А., Дейнека А.Г., Михайлов И.Д., Каграманян А.А. Основы экологии и природопользования: Учебное пособие / Харьков: ООО «Олант», 2002.- 384 с.

Размещено на Allbest.ru