Модуль 1
1. Предмет екології, її об'єкт та завдання
Геккель дав таке визначення екології - це пізнання економіки природи, одночасне дослідження всіх взаємовідносин живої природи з органічними та неорганічними компонентами навколишнього середовища, включаючи неодмінно антагоністичні та неантагоністичні взаємини тварин та рослин, що контактують один з одним.
На сучасному розвитку суспільства екологія вирішує коло проблем і користується методами, які виходять далеко за межі суто біологічної науки. Антропогенний вплив на природне середовище живих організмів досягло таких масштабів, що загрожує самому життю Землі. Виходячи з цього, можна дати таке визначення екології:
Сучасна екологія - наука про стратегію та тактику збереження та стабільного розвитку життя на Землі.
Провідним у вивченні природних комплексів є принцип системності, який забезпечує підхід до них як до органічно цілісних систем. Виходячи із системного підходу, можна дати таке визначення екології:
Екологія - наука про структуру, властивості та закони функціонування екосистем різного ієрархічного рівня.
Об'єктом вивчення екології є екосистеми різного ієрархічного рівня; предмет вивчення - структура, властивості та закони функціонування екосистем різного ієрархічного рівня.
Мета екології: на основі спеціальних аналітичних наукових дисциплін дати загальну картину структури та функціонування природи та визначити місце та роль людини в природних процесах.
1. Вивчення загального стану сучасної біосфери планети, його формування та особливості розвитку, під впливом природних іантропогенних факторів;
2. Прогноз динаміки стану біосфери у часі та просторі, залежно від впливу різноманітних факторів;
3. Розробка шляхів гармонізації взаємодії нашого суспільства та природи з метою збереження життя на Землі.
2.1. Поняття екосистеми
Під системою взагалі розуміють упорядковані взаємодіючі та взаємозалежні компоненти, які утворюють єдине ціле. Існує кілька визначень, що таке екосистема.
I. Екосистема - єдиний природний організм, створений за тривалий період живими організмами та середовищем їх існування та, де всі компоненти тісно пов'язані шляхом обміну речовиною та енергією.
ІІ. Екосистеми – термодинамічно відкриті, функціонально цілісні системи, які існують за рахунок надходження з навколишнього середовища енергії та частково речовини та які саморозвиваються та саморегулюються.
Для виділення екосистеми її розмір не визначено, може бути як великим, і маленьким.
Розмір екосистеми визначається тим простором, за наявності якого можливе здійснення процесівсаморегуляції та самовідновлення сукупності складових компонентів та елементів екосистеми, які створюють середовище.
Компоненти екосистеми
З біологічної точки зору у складі екосистем виділяють такі компоненти:
1. Неорганічні речовини (кисень, азот, вуглекислий газ, вода, фосфор, вуглець та ін.), які вступають у кругообіг;
2. Органічні сполуки (жири, вуглеводи, білки та ін.);
3. Повітряне, водяне та субстрактне середовище, що включає кліматичний режим та інші фізичні фактори;
4. Продуценти – автотрофні (тобто ті, що харчуються самостійно) живі організми, переважно зеленірослини, які можуть створювати біомасу із простих хімічних елементів шляхом фотосинтезу;
5. Макроконсументи - гетеротрофні (ті, які харчуються не самостійно) організми, переважно це тварини (фаготрофи);
6. Мікроконсументи або редуценти – гетеротрофні організми (бактерії, грибки.), які одержують енергію або при розкладанні мертвих тканин продуцентів чи макроконсументів, або шляхом поглинання розчиненої органічної речовини (ці організми ще називаються сапротрофами).
У функціональному плані виділяють такі компоненти:
1. Потоки енергії;
2. Кругообіги речовини;
3. Живі організми;
4. Керуючі ланцюги зворотних зв'язків;
5. Інформаційні потоки.
Компоненти екосистеми перебувають у певних взаємозв'язках та взаємодії, що і є структурою екосистеми. Структура пов'язує компоненти системи, надаючи їм спільності та цілісності. Стійкість взаємозв'язків та взаємодія компонентів, тобто. структура, що перешкоджає постійної зміни компонентів, утримуючи ці зміни у певних межах та зберігаючи екосистему від розпаду.
У структурному плані екосистеми можуть ділитися на підсистеми та блоки, які грають роль "цеглинок". До структурних елементів входять популяції, консорції (сукупність різнорідних організмів, тісно пов'язаних між собою та залежних від центрального члена співдружності, екологічно та просторово відокремлена частина фітоценозу, що складається з рослин однієї або кількох близьких життєвих форм), яруси рослинності. Кількість можливих зв'язків між членами екосистеми визначається за формулою:
, (2.1)
де: А – число зв'язків, N – число видів в екосистемі.
Бувають екосистеми:
монодомінантні - екосистеми з одним основним видом продуцента (монокультура);
олігодомінантні - екосистеми з кількома основними видами продуцентів та консументів (у поняття варто було б включити і редуцентів);
полідомінантні - екосистеми, в яких немає чіткої переваги невеликої кількості видів над іншими. Ці екосистеми багаті на різноманітність живих організмів, вони ще називаються бездомінантними.
Чим визначаються межі різноманіття екосистем? Чому в різних регіонах вони так сильно відрізняються за складом та багатством видів? У результаті видове багатство вищих рослин, наприклад, на арктичних островах вбирається у 50 - 100 видів на 100 кв. км, а у тропіках на такій самій площі можна виявити понад 1000 видів?Це пов'язано, по-перше, з дією лімітуючих факторів, насамперед кліматичних, вони визначають, які саме види найкраще пристосовані до існування в тих чи інших умовах, а по-друге, з дією принципу еколого-географічного максимуму видів. Відповідно до цього принципу - для нормального функціонування будь-якої екосистеми в ній має існувати стільки і таких видів, скільки і яких необхідно для максимального використання енергії, яка надходить та забезпечення кругообігу речовини.
Класифікація екосистем
Існують різноманітні підходи до класифікації екосистем:
І. За розміром: мікроекосистеми, мезоекосистеми, макроекосистеми
континентальні екосистеми, глобальна екосистема – біосфера.
ІІ. По ландшафту: північні хвойні ліси, тундра, листяні ліси, тропічні ліси, вологі, тропічні ліси сухі, прерії, савани, пустелі, вічнозелені чагарники, гірські ліси (вказані тільки континентальні екосистеми, водні не вказані).
ІІІ. За енергією :
1. Природні екосистеми, що рухаються енергією Сонця, не субсидуються іншими видами енергії;
2. Природні екосистеми, які рухаються енергією Сонця, субсидуються іншими джерелами природної енергії (вітер, дощ, ін.);
3. Екосистеми, що рухаються енергією Сонця і субсидуються додатковою енергією, що вноситься людиною (це агроекосистеми);
4. Індустріально-міські екосистеми, які рухаються енергією палива (вугілля, нафта, ядерна енергія).
Структура екосистем
| Субстрактне середовище |
субстрактне середовище включає повітряний, водний режим та фізичні фактори.
Малюнок 2.1. Структура екосистем.
Екологічні фактори
Властивості екосистем описують за допомогою екологічних факторів.