Развитие экологической науки
Экология, как самостоятельная наука, сформировалась в конце ХІХ столетия. Термин “экология” предложил в 1886г. немецкий ученый Геккель (от греческого “ойкос” - дом и “логос”- учение).
Геккель дал такое определение экологии - это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами окружающей среды, включая антагонистические и неантагонистические взаимоотношения животных и растений, контактирующих друг с другом.
Современная экология - наука о стратегии и тактике сохранения и стабильного развития жизни на Земле.
Объектом изучения экологии являются экосистемы различного иерархического уровня.
Исходя из системного подхода, экология - наука о структуре, свойствах и законах функционирования экосистем различного иерархического уровня.
Само существование живой природы на нашей планете и процветание человеческого общества зависит от того, насколько объективно и своевременно будут раскрыты глобальные закономерности существования биосферы, и на этой основе сформулирована и реализована стратегия действия человека относительно природы.
Таким образом, общая цель экологии – на основе специальных аналитических научных дисциплин дать общую картину структуры и функционирования природы и определить место и роль человека в естественных процессах.
Задачи экологии:
1. Изучение общего состояния современной биосферы планеты, его формирование и особенности развития под влиянием естественных и антропогенных факторов;
2. Прогноз динамики состояния биосферы во времени и пространстве, под влиянием естественных и антропогенных факторов;
3. Разработка путей гармонизации взаимодействия общества и природы с целью сохранения самой жизни на Земле.
2.1 Концепция экосистемы. Критерии выделения экосистем
III. Экосистемы - термодинамически открытые, функционально целостные системы, которые существуют за счет поступления из окружающей среды энергии и частично вещества и которые саморазвиваются и саморегулируются.
Для выделения экосистемы ее размер не играет роли, он может быть как большим, так и маленьким.
Размер экосистемы определяется тем пространством, при наличии которого возможно осуществление процессов саморегуляции и самовосстановления совокупности составляющих средообразующих компонентов и элементов экосистемы.
2. 2 Классификация екосистем
I. По размеру: микроэкосистемы, мезоэкосистемы, макроэкосистемы, континентальные экосистемы, глобальная экосистема - биосфера.
II. По ландшафту: северные хвойные леса, тундра, лиственные леса, тропические леса влажные, тропические леса сухие, прерии, саваны, пустыни, вечнозеленые кустарники, горные леса (указаны только континентальные экосистемы, водные не указаны).
III. По энергии:
1. Природные экосистемы, движимые энергией Солнца, не субсидируемые другими видами энергии;
2. Природные экосистемы, движимые энергией Солнца, субсидируемые другими источниками естественной энергии (ветер,дождь, и др.);
3. Экосистемы, движимые энергией Солнца и субсидируемые дополнительной энергией человеком (это агроэкосистемы);
4. Индустриально-городские экосистемы, движимые энергиейтоплива (ископаемым, ядерным.).
2.3 Компоненты экосистемы, законы формирования их структуры
С биологической точки зрения в составе экосистем выделяют
такие компоненты:
1. Неорганические химические элементы, вступающие в кругообороты (кислород, азот, углекислый газ, вода, фосфор, углерод и др.);
2. Органические соединения (белки, углеводы, липиды и др.);
3. Воздушную, водную и субстратную среду, которая включает климатический режим и другие физические факторы;
4.Живые организмы трех видов: продуценты, макроконсументы, микроконсументы или редуценты.
Продуценты - автотрофные(то есть те, которые питаются самостоятельно) живые организмы, в основном зеленые растения, которые могут создавать биомассу из простых химических элементов путем фотосинтеза. Реакцию фотосинтеза можно записать в виде:
В перерасчете на глюкозу, реакцию фотосинтеза можно записать в виде: 
Макроконсументы - гетеротрофные (те, которые питаются не самостоятельно) организмы, в основном, это животные (фаготрофы);
Микроконсументы или редуценты - гетеротрофные организмы (бактерии, грибки...), что получают энергию или при разложении мертвых тканей продуцентов или макроконсументов, или путем поглощения растворенного органического вещества (эти организмы еще называются сапротрофами).
В функциональном плане выделяют такие компоненты:
1. Потоки энергии;
2. Кругообороты вещества;
3. Живые организмы;
4. Управляющие цепи обратных связей;
5. Информационные потоки.
Компоненты экосистемы находятся в определенных взаимосвязях и взаимодействии, что и представляет собой структуру экосистемы. Структура связывает компоненты системы, придавая им общность и целостность. Устойчивость взаимосвязей и взаимодействия компонентов, то есть структура, препятствует постоянному изменению компонентов, удерживая эти изменения в определенных границах, и сохраняя экосистему от распада.
Чем же определяются границы многообразия экосистем? Почему в разных регионах они так сильно отличаются по составу и богатству видов? В результате чего видовое богатство высших растений, например, на арктических островах не превышает 50 - 100 видов на 100 кв. км, а в тропиках на такой же площади можно обнаружить более 1000 видов? Это связано, во-первых, с действием лимитирующих факторов, прежде всего климатических, они определяют, какие именно виды лучше всего приспособлены к существованию в тех или других условиях, а во-вторых, с действием принципа эколого-географического максимума видов. В соответствии с этим принципом - для нормального функционирования любой экосистемы в ней должно существовать столько и таких видов, сколько и каких необходимо для максимального использования приходящей энергии и обеспечения кругооборотов вещества.
2.4 Экологические факторы
Экологические факторы - все составляющие среды обитания, которые влияют на жизнь и развитие организмов и на которые они реагируют реакциями приспособления.
Различают такие виды экологических факторов:
1. Абиотические экологические факторы - факторы неживой природы. Они делятся на: химические (химический состав воздуха, воды, почв) и физические (температура, освещенность, влажность, давление, уровень радиации и др);
2. Биотические экологические факторы - факторы живой природы, связанные с деятельностью животных, растений, микроорганизмов;
3. Антропогенные экологические факторы - факторы прямо или косвенно обязанные своим происхождением деятельности человека. Относительно экосистемы различают внешние и внутренние экологические факторы.
4. Внешние (экзогенные) экологические факторы - факторы, которые действуют на экосистему через внешнюю среду, но сами практически не ощущают обратного действия (потоки Солнечной энергии, скорость ветра, размер атмосферных осадков и др.).
5. Внутренние экологические факторы - факторы качества экосистемы. К ним относятся:
а) микрометеорологические - освещенность, температура, влажность приземной прослойки воздуха, содержание в ней кислорода, углекислого газа и т.п.;
б) почвенные - температура, влажность и состав почв, содержание гумуса, доступность минерального питания, окислительно-восстановительный потенциал;
в) биотические - плотность популяции различных видов, их вековой состав, морфологические, физиологические и поведенческие характеристики и т.п..
2.5 Лимитирующие экологические факторы, принцип Либиха. Граница толерантности экосистемы. Принцип эмержентности
Живые организмы, а значит и экосистемы, реагируют на силу воздействия того или другого экологического фактора. Отрицательное влияние экологического фактора может возникать как в случае избытка, так и недостатка его дозы. Поэтому есть понятие благоприятная доза, или зона оптимума экологического фактора и зона песимума (доза фактора, при которой организмы чувствуют себя угнетенно). Зависимость степени влияния экологического фактора от его дозы показанная на рис. 2.1.
Максимальные и минимальные переносимые значения дозы экологического фактора носят название критические значения (критические точки).
Для нормальной жизнедеятельности экосистемы любой экологический фактор должен принимать оптимальные значения (см. рис. 2.1) или хотя бы не выходить за пределы критических точек - закон оптимума.
Следует подчеркнуть, что в природе экологические факторы действуют комплексно. В особенности важно помнить это, оценивая влияние химических загрязнителей, когда на отрицательное действие одного вещества накладывается отрицательное действие других, а к этому прибавляется влияние стрессовой ситуации, шумов, разных физических полей - радиационного, теплового, гравитационного или электромагнитного. Суммарное влияние
очень изменяет условные значения предельно допустимых концентраций (ПДК), которые приведены в справочниках.
Рис.2.1 -.- Зависимость степени воздействия экологического фактора
на жизнь от его дозы: 1,3 – зоны угнетения; 1-3 – зона толерантности;
2 – зона оптимума, 4 – зона смерти
Зона между критическими значениями экологического фактора называется зоной толерантности (зоной выживания) экосистемы относительно данного экологического фактора.
Более всего распространены организмы с широким диапазоном толерантности относительно всех экологических факторов.