Основы экологии и энергосбережения - Ян Мархоцкий

Демэкология (от греч. demos – народ) изучает естественные группировки особей одного вида, т. е. популяции; выясняет условия формирования популяций и внутрипопуляционных группировок и их взаимоотношения, структуру, динамику, численность популяции (В. В. Маврищев и др., 2010).

Аутэкология, синэкология и демэкология представляют собой экологию природных систем. Основным содержанием современной биоэкологии является исследование взаимоотношений организмов друг с другом и с внешней средой на популяционно-биоценотическом уровне.

Однако понятие «экология» не ограничивается только биологической направленностью и связано с небиологическими науками – географией, геологией, физикой, химией, медициной, техникой и другими разделами научных знаний. Экологические науки, согласно Н. Ф. Реймерсу, состоят из фундаментальных и прикладных наук, которые тесно взаимодействуют друг с другом.

Современная экология делится на ряд научных отраслей и дисциплин (рис. 1.1). Различают следующие разделы экологии: геохимический, глобальный, животных, инженерный, космический, ландшафтный, микроорганизмов, насекомых, популяционный, пресных вод, радиационный, растений, сельскохозяйственный, факторальный, человека, социальный. (Н. Ф. Реймерс, 1994).

В современной экологии изучаются проблемы прямого и побочного влияния производственной деятельности:

• на тепловой режим планеты;

• фон радиоактивности;

• загрязнение Мирового океана;

• уменьшение запасов невозобновляемых энергетических ресурсов;

• поступление в биосферу непереработанных биохимических и токсичных отходов;

• экологическое состояние урбанизированных ландшафтов;

• физическое, психическое здоровье, генофонд нации.

Данные вопросы решаются совместно и тесно связаны с другими естественными и гуманитарными науками: экономикой, социологией, географией, технологией, демографией. Экология имеет следующее научные направления: экофизиологию, экогенетику, экоморфологию, экобиохимию и т. д. Это значит, что происходит экологизация мышления.

К основным экологическим проблемам современности относятся:

• изменение климата;

• истончение озонового слоя;

• нехватка пресной воды;

• загрязнение подземных вод;

• пагубное влияние пестицидов на здоровье;

• кислотные осадки;

• сокращение биологического разнообразия;

• уничтожение токсических отходов;

• накопление в биосфере ксенобиотиков.

Кроме основных экологических проблем, следует еще указать на глобальные задачи современности в целом:

• предотвращение ядерной войны и аварий на АЭС;

• демографическую стабилизацию;

• энергетическую проблему;

• продовольственную;

• урбанизацию и ее последствия.

Экология на современном этапе занимает центральное место при изучении биосферы. Исходя из вышеизложенного, можно сформулировать обобщенное определение экологии как науки. Экология – это наука, которая изучает взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой, а также структуру и организацию биологических систем различного уровня (популяции, биоценозы, экосистемы) (В. В. Маврищев и др., 2010). Знание экологии должно способствовать формированию экологического мышления человечества как необходимого условия его выживания и развития.

Рис. 1.1. Структура современной экологии

Глава 2. Экологические факторы среды

2.1. Понятие об экологических факторах среды

Организмы не могут существовать изолировано от окружающей среды. Экологическими элементами называются все компоненты природной среды, а именно:

• вода, атмосферный воздух, почва, пища, растительный и животный мир, горные породы и т. д.;

• природные условия, а также результаты антропогенной деятельности: загрязняющие вещества, измененные природные условия, ранее не существовавшие в природе, но созданные человеком.

К экологическим факторам относятся только те элементы, изменение которых вызывает ответную реакцию определенного организма или определенной группы организмов вплоть до исчезновения их по каким-либо причинам из среды обитания. Экологические факторы не равнозначны в своем влиянии на организмы и вещества. Важнейшими из них являются солнечная энергия и климатические факторы.

Среда любого организма слагается из многочисленных элементов органической природы, а также из объектов, связанных с хозяйственной деятельностью человека. Условия среды складываются из разнообразных элементов. Те факторы среды, которые оказывают прямое или косвенное воздействие на организмы, называются экологическими.

Для разных организмов количественные пределы фактора, при которых они могут существовать, неодинаковы (температура, влажность, химический состав компонентов среды обитания и др.).

Окружающая среда влияет на жизнедеятельность организмов, так как для любого из них она слагается из многочисленных элементов органической и неорганической природы, а также факторов хозяйственной деятельности человека. Есть экологические факторы, без которых жизнь растений и животных невозможна (например, для зеленых растений это солнечная энергия, вода, углекислый газ, минеральные соли). В процессе жизнедеятельности растения и животные приспособились к определенным условиям среды. Одни виды приспособились к жизни в условиях жаркого сухого климата (саксаул, баобаб, тушканчик), другие живут в холодном (карликовая береза, песец, северный олень), третьи – в жарком и влажном (бамбук, кокосовая пальма, орхидея) климате.

Все экологические факторы делятся на следующие группы:

• абиотические (влияние элементов неживой природы);

• биотические (влияние живых организмов);

• антропогенные (влияние человека).

Экологические факторы имеют разную природу и специфику воздействия на организм, т. е. каждый фактор неодинаково влияет на разные его функции.

2.2. Абиотические факторы

Абиотические факторы – это компоненты и явления неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Главную роль среди них играют климатические, эдафизические, орографические, гидрографические, химические и пирогенные.

К климатическим факторам относятся:

• спектральный состав солнечной радиации;

• физические и химическиие свойства атмосферного воздуха;

• климат, погода, акклиматизация;

• тепло, вода, ветер;

к эдафизическим -

• составные компоненты почвы;

• физико-климатические свойства почвы;

• биогеохимические эндемия и радиоактивность;

• загрязнение и самоочищение почвы;

• почва как источник распространения инфекционных заболеваний, глистных инвазий;

к орографическим –

• рельеф местности;

• высота над уровнем моря;

• вертикальная зональность;

• экспозиция и крутизна склона;

• горы, ущелья каньоны, низины;

к гидрографическим – факторы водной среды:

• органолептические;

• физико-химические;

• показатели загрязнения;

• источники водоснабжения;

• гидробионты;

к химическим –

• газовый состав атмосферного воздуха;

• солевой состав гидросферы;

к пирогенным – природные пожары:

• лесные;

• торфяные;

• степные;

• полевые;

• тундровые.

2.2.1. Климатические факторы

Многолетний режим погоды определяет главные различия в жизненных формах растений (трав, кустарников, деревьев).

Свет является наиболее действенным климатическим фактором на Земле. Без него невозможен фотосинтез, а без органической пищи и кислорода невозможна жизнь консументов.

Солнечный свет, или солнечное излучение, проходящее через атмосферу и достигающее поверхности Земли, представляет собой электромагнитные волны, длина которых заключена в следующих диапазонах:

• инфракрасные лучи – 2800–760 нм;

• видимые лучи – 760–400 нм;

• ультрафиолетовые лучи – 400–200 нм.

Важную роль играет длина световой волны, воспринимаемая органами зрения животных. Животные, наделенные цветным зрением, лучше ориентируются в окружающей среде (опасность, поиск пищи, перемещение и т. д.).

У растений в процессе эволюции выработалось разное отношение к освещенности. В связи с этим все растения делят на три большие группы: светолюбивые, теневыносливые и тенелюбивые.

Избирательная чувствительность к освещенности позволяет растениям максимально (по вертикали) использовать жизненное пространство путем формирования ярусности и образовывать свой внешний облик – жизненную форму. Под влиянием одностороннего освещения изменяется направление роста органов растения, что получило название фототропизма (от греч. tropos – поворот). Различают положительный и отрицательный фототропизм, а также диатропизм.