Введення
Взаємодія людини з природою - одна з найбільш складних і важко вирішуваних проблем сучасності. Сьогодні стало очевидним, що завдання збереження навколишнього середовища та економічного розвитку взаємопов'язані: руйнуючи і виснажуючи природне середовище неможливо забезпечити сталий економічний розвиток.
Формування комплексної і гармонійної системи природокористування - важлива проблема, що стоїть перед економістами. Її здатність вимагає знання основ екології, економіки і організації природокористування усіма фахівцями економічного профілю.
1. Предмет і завдання екології. Фундаментальна та прикладна екологія. Промислова екологія
Вперше термін «екологія» запропонував у 1866 році німецький вчений Ернест Геккель. Як самостійна наука екологія сформувалася до початку XX століття.
У сучасному розумінні екологія - це наука про взаємини, взаємозв'язках між живими організмами та середовищем їхнього життя.
Відомий американський еколог Ю. Одум в 1963 році назвав екологію наукою про будову і функції природи в цілому. Підкреслюючи системний підхід при вивченні закономірностей, що відбуваються в природі, і значення діяльності людини, Одум визначив екологію як міждисциплінарну область знання про пристрій і функціонування багаторівневих систем у природі і суспільстві в їх взаємозв'язку.
Основний предмет екології - вивчення сукупності живих організмів, що взаємодіють один з одним і утворюють з навколишнім середовищем певну єдність (екологічну систему), в межах якої здійснюється процес трансформації енергії й органічної речовини.
Завдання екології:
• дослідження закономірностей організації життя, в тому числі у зв'язку з антропогенними впливами на навколишнє середовище;
• оптимізація взаємовідносин між людиною і навколишнім природним середовищем;
• створення наукової основи раціональної експлуатації природних ресурсів;
• прогнозування змін природи під впливом діяльності людини;
• збереження середовища проживання людини.
У цілому можна виділити екологію фундаментальну і прикладну. Фундаментальна екологія розкриває загальні закономірності функціонування екологічних систем.
Прикладна екологія покликана допомогти застосувати закони фундаментальної екології в господарській практиці людей. Вона вивчає механізми руйнування біосфери людиною, способи запобігання цьому процесу і розробляє принципи раціонального використання природних ресурсів без деградації середовища життя. Це великий комплекс дисциплін, пов'язаних з різними областями людської діяльності та взаємовідносинами між людським суспільством і природою. Виділяють такі види прикладних екології: промислову, сільськогосподарську, біоресурсних, транспортну, медичну та ін
Промислова (інженерна) екологія - наука про взаємозв'язок, взаємодію промислових об'єктів з навколишнім середовищем. Вона займається вирішенням екологічних проблем, пов'язаних із забрудненням навколишнього середовища промисловими відходами та нераціональним використанням природних ресурсів.
Промислова екологія вивчає, з одного боку, вплив господарської діяльності людини на природу, з іншого боку - вплив умов природного середовища на функціонування підприємств та їх комплексів, а також розробляє інженерні норми і засоби, що відповідають екологічним вимогам.
Головне завдання Промекологія - розробка умов раціонального взаємодії виробництва з природою.
Об'єктом дослідження в Промекологія є природно-промислові системи, що утворилися та тривалий час функціонують в результаті взаємодії суспільного виробництва з навколишнім його середовищем.
2. Склад і структура екологічної системи. Екологічна піраміда
Екологічна система - основна функціональна одиниця екології, що включає в себе живі організми (біоценоз) і середовище проживання (екотопів), причому кожна з цих частин впливає на іншу і обидві необхідні для підтримки життя.
Екосистеми являють собою основні природні одиниці на поверхні Землі. Це не тільки комплекс живих організмів, але і всі поєднання фізичних чинників. Усюди, де можна спостерігати виразне єдність рослин і тварин, об'єднаних окремою ділянкою навколишнього середовища, говорять про екологічній системі.
Поняття екосистеми не обмежується якимись ознаками рангу, розміру, складності та походження. Тому воно застосовується як до відносно простим штучним (акваріум, теплиця, пшеничне поле), так і до складних природним комплексам організмів і середовища їх проживання (озеро, ліс, океан).
До складу екосистеми входять неживі і живі компоненти.
Неживі (абіотичні) компоненти:
1) неорганічні речовини (N 2, C0 2, Н 2 О та ін), що включаються в біогеохімічні кругообіги;
2) органічні сполуки (вуглеводи, білки, амінокислоти, гумусові речовини та ін), що зв'язують біотичних та абіотичних екосистем;
3) кліматичний режим (освітленість, температура, вологість та інші фізичні фактори).
Живі (біотичні) компоненти екосистем:
1) продуценти - автотрофні (самостійно харчуються) організми, головним чином, зелені рослини, які створюють органічні речовини з простих неорганічних речовин. Автотрофи складають основну масу всіх живих істот і повністю відповідають за освіту всього нового органічної речовини в будь-якій екосистемі, тобто є виробниками продукції,
2) макроконсументи (консументи 1, 2 і т.д. порядку) - гетеротрофні (харчуються іншими) організми, головним чином, тварини, які поїдають рослини та інші організми. На відміну від автотрофів продуцентів, гетеротрофи виступають як споживачі і руйнівники органічних речовин,
3) мікроконсументи (редуценти) - гетеротрофні організми, переважно бактерії і гриби, які руйнують складні з'єднання мертвої протоплазми, поглинають деякі продукти розкладання і вивільняють неорганічні поживні речовини, придатні для використання продуцентами.
Структура екосистеми. Залежно від характеру харчування в екосистемі будується екологічна піраміда (піраміда харчування), що складається з декількох трофічних рівнів:
1) (нижчий) займають автотрофні організми;
2) гетеротрофні організми 1 порядку, що використовують у їжу біомасу рослин;
3) гетеротрофи 2 порядки, що харчуються гетеротрофами 1 порядку, і т.д.
У наземних екосистемах маса продуцентів більше, ніж маса консументів, маса консументів першого порядку більше, ніж консументів другого порядку і т.д. Це обумовлено тим, що їжа використовується не тільки на зростання організмів, але й на задоволення енергетичних витрат: дихання, рух, розмноження, підтримання температури. Тому графічно модель екосистеми має вигляд піраміди.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
Рис. 1. Екологічна піраміда
1. Продуценти (рослини), 2. Консументи 1 порядку (травоїдні)
3. Консументи 2 порядки (м'ясоїдні, хижаки); 4. Кінцеві консументи
3. Біотичний кругообіг речовин та енергія в екологічній системі
Кругообіг речовин в екосистемі називається біотичних. Перенесення речовини і енергії в ньому здійснюється, в основному, за допомогою трофічних (харчових) ланцюгів.
Трофічної (харчовий) ланцюгом називається перенесення енергії їжі від її джерела - рослин через ряд організмів шляхом поїдання одних організмів іншими. В основі цього процесу лежить наступна хімічна формула:
C0 2 + H 2 0 + Q SHAPE \ * MERGEFORMAT
Схема переносу речовин і енергії в природних екосистемах представлена на малюнку 2.
Екологічну систему можна представити у вигляді діаграми потоку енергії (рис. 3). Окремі трофічні рівні в ній зображені як резервуари, яких розмір відповідає кількості енергії укладеної в них біомаси, а поперечник з'єднують їх каналів - величині потоків енергії.
Енергія в екологічну систему потрапляє у вигляді потоку сонячної енергії L. Велика частина її (L u) розсіюється у вигляді теплоти. Частина енергії, ефективно поглинена рослинами (La), перетворюється фотосинтезом в енергію хімічних зв'язків вуглеводів та інших органічних речовин (P g). Частина утворився речовини окислюється в процесі дихання рослин, звільняючи енергію R, а також використовується в інших біохімічних процесах рослин і в кінцевому рахунку розсіюється у вигляді тепла (N a). Частина, що залишилася новостворених органічних речовин обумовлює приріст біомаси рослин Р П |.
Приріст біомаси рослин рано чи пізно використовується: частина споживається первинними консументами, решта переробляється редуцентами. Консументи харчуються, розмножуються, ростуть і також дають продукцію Р «2, яка надходить на наступний трофічний рівень вторинним консументам.
Таким чином, при переході від одного трофічного рівня до іншого частина доступної енергії не сприймається (N u), частина віддається у вигляді тепла, екскрементів (N a), а частина витрачається на дихання (R). У середньому при переході з одного трофічного рівня на інший загальна енергія зменшується приблизно в 10 разів (правило 10% Р. Ліндемана). Чим довше харчова ланцюг, тим менше залишається до її кінця доступної енергії. Тому число трофічних рівнів ніколи не буває занадто великим і найчастіше не перевищує 4-5 рівнів.
Оскільки в зворотний потік надходить незначна кількість спочатку залученої енергії (не більше 0,25 - 0,35%). говорити про кругообіг енергії не можна. Існує лише кругообіг речовин, підтримуваний потоком енергії.
4. Стабільність і розвиток екосистем
У нормальному стані будь-екологічній системі притаманне стійкий стан, зване гомеостазом, що характеризується динамічним (рухомим) рівновагою між народжуваністю і смертністю, споживанням і звільненням речовини та енергії.
У той же час будь-яка екосистема входить в ієрархію систем і тому піддається зовнішнім впливам, які прагнуть вивести її з рівноваги. Якщо це атіяніе не дуже грубо, то порушені зв'язки замінюються іншими і процес передачі речовини та енергії триває. Таке явище називається екологічним дублюванням.
Екологічне дублювання - процес заміни зниклого з яких-небудь причин виду іншим видом, який займає його екологічну нішу. Так екосистеми пручаються впливам, таким, що порушує їх стабільність.
Система тим надійніше і стабільніше, ніж більше видове різноманіття вона має. Це забезпечує широкі можливості для екологічного дублювання.
У той же час під вплив зовнішніх і внутрішніх факторів в екологічних системах відбуваються постійних змін. Деякі види екосистем, відчуваючи негативні впливи, знижують свою чисельність, а іноді зовсім зникають. Інші види можуть від цього виграти, і їх чисельність зростає. Відбувається витіснення одних видів іншими.
Процеси послідовних змін стану екосистем у просторі або в часі, що супроводжуються зміною станів і властивостей всіх її компонентів, називаються сукцесії. Сукцесії - це поступові необоротні спрямовані зміни в екосистемах, що протікають в результаті зовнішніх і внутрішніх причин на одній і тій же території під впливом природних факторів або впливів людини.
Розрізняють безліч форм сукцесії: пирогенную, катастрофічну, антропогенну і т.д. Причиною пірогенних сукцесій є пожежі; катастрофічних - виверження вулканів, урагани, незвичайний паводок, масове розмноження шкідників і т.п.; антропогенних - господарська діяльність людини.
Здатність екосистеми щодо повно самовідновлюватися і саморегулюватися протягом сукцессіонного або еволюційного відрізка її існування називається екологічної надійністю. Найпростішим механізмом підтримки екологічної надійності екосистеми є заміна вибулого з яких-небудь причин виду іншим, екологічно близьким. При більш глибокому порушенні заміна відбувається на рівні громад різного рівня аж до біогеоценозів.
Література
1. Шимова, О.С. Основи екології та економіка природокористування: Підручник / О.С. Шимова, Н.К. Соколовський. - Мн.: БГЕУ, 2001 -367 с.
2. Акімова, Т.А. Екологія: Підручник для вузів / Т.А. Акімова, Влз. Хаскин. - М: ЮНИТИ, 1998, - 445 с.
З. Мавріщев, В.В. Основи загальної екології: Навч. посібник / В.В, Мавріщев. - Мн. Обчислюємо. шк., 2000, - 317 с.
4. Екологія: Навчальний посібник / Загальна ред. С.А. Боголюбова. - М: Знання, 1997. - 288 с.
5. Екологія і безпека життєдіяльності: Учеб. посібник для вузів / Під ред. Л.А. Мурахи. - М. ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 447 с.
6. Корміліці.н, В.І. Основи екології: Навч, посібник / В.Ц. Кормілідін. - М.: Інтерстиль. 1997. - 368 с.
7. Реймерс, Н.Ф. Охорона природи і навколишнього середовища людини: Словник-довідник / Н.Ф. Реймерс. - М: Освіта, 1992. - 320 с,
8. Охорона навколишнього середовища: Учеб, для техн. спец, вузів / За ред. СЗ. Бєлова. - М.: Вища школа, 1991. - 319 с.
Взаємодія людини з природою - одна з найбільш складних і важко вирішуваних проблем сучасності. Сьогодні стало очевидним, що завдання збереження навколишнього середовища та економічного розвитку взаємопов'язані: руйнуючи і виснажуючи природне середовище неможливо забезпечити сталий економічний розвиток.
Формування комплексної і гармонійної системи природокористування - важлива проблема, що стоїть перед економістами. Її здатність вимагає знання основ екології, економіки і організації природокористування усіма фахівцями економічного профілю.
1. Предмет і завдання екології. Фундаментальна та прикладна екологія. Промислова екологія
Вперше термін «екологія» запропонував у 1866 році німецький вчений Ернест Геккель. Як самостійна наука екологія сформувалася до початку XX століття.
У сучасному розумінні екологія - це наука про взаємини, взаємозв'язках між живими організмами та середовищем їхнього життя.
Відомий американський еколог Ю. Одум в 1963 році назвав екологію наукою про будову і функції природи в цілому. Підкреслюючи системний підхід при вивченні закономірностей, що відбуваються в природі, і значення діяльності людини, Одум визначив екологію як міждисциплінарну область знання про пристрій і функціонування багаторівневих систем у природі і суспільстві в їх взаємозв'язку.
Основний предмет екології - вивчення сукупності живих організмів, що взаємодіють один з одним і утворюють з навколишнім середовищем певну єдність (екологічну систему), в межах якої здійснюється процес трансформації енергії й органічної речовини.
Завдання екології:
• дослідження закономірностей організації життя, в тому числі у зв'язку з антропогенними впливами на навколишнє середовище;
• оптимізація взаємовідносин між людиною і навколишнім природним середовищем;
• створення наукової основи раціональної експлуатації природних ресурсів;
• прогнозування змін природи під впливом діяльності людини;
• збереження середовища проживання людини.
У цілому можна виділити екологію фундаментальну і прикладну. Фундаментальна екологія розкриває загальні закономірності функціонування екологічних систем.
Прикладна екологія покликана допомогти застосувати закони фундаментальної екології в господарській практиці людей. Вона вивчає механізми руйнування біосфери людиною, способи запобігання цьому процесу і розробляє принципи раціонального використання природних ресурсів без деградації середовища життя. Це великий комплекс дисциплін, пов'язаних з різними областями людської діяльності та взаємовідносинами між людським суспільством і природою. Виділяють такі види прикладних екології: промислову, сільськогосподарську, біоресурсних, транспортну, медичну та ін
Промислова (інженерна) екологія - наука про взаємозв'язок, взаємодію промислових об'єктів з навколишнім середовищем. Вона займається вирішенням екологічних проблем, пов'язаних із забрудненням навколишнього середовища промисловими відходами та нераціональним використанням природних ресурсів.
Промислова екологія вивчає, з одного боку, вплив господарської діяльності людини на природу, з іншого боку - вплив умов природного середовища на функціонування підприємств та їх комплексів, а також розробляє інженерні норми і засоби, що відповідають екологічним вимогам.
Головне завдання Промекологія - розробка умов раціонального взаємодії виробництва з природою.
Об'єктом дослідження в Промекологія є природно-промислові системи, що утворилися та тривалий час функціонують в результаті взаємодії суспільного виробництва з навколишнім його середовищем.
2. Склад і структура екологічної системи. Екологічна піраміда
Екологічна система - основна функціональна одиниця екології, що включає в себе живі організми (біоценоз) і середовище проживання (екотопів), причому кожна з цих частин впливає на іншу і обидві необхідні для підтримки життя.
Екосистеми являють собою основні природні одиниці на поверхні Землі. Це не тільки комплекс живих організмів, але і всі поєднання фізичних чинників. Усюди, де можна спостерігати виразне єдність рослин і тварин, об'єднаних окремою ділянкою навколишнього середовища, говорять про екологічній системі.
Поняття екосистеми не обмежується якимись ознаками рангу, розміру, складності та походження. Тому воно застосовується як до відносно простим штучним (акваріум, теплиця, пшеничне поле), так і до складних природним комплексам організмів і середовища їх проживання (озеро, ліс, океан).
До складу екосистеми входять неживі і живі компоненти.
Неживі (абіотичні) компоненти:
1) неорганічні речовини (N 2, C0 2, Н 2 О та ін), що включаються в біогеохімічні кругообіги;
2) органічні сполуки (вуглеводи, білки, амінокислоти, гумусові речовини та ін), що зв'язують біотичних та абіотичних екосистем;
3) кліматичний режим (освітленість, температура, вологість та інші фізичні фактори).
Живі (біотичні) компоненти екосистем:
1) продуценти - автотрофні (самостійно харчуються) організми, головним чином, зелені рослини, які створюють органічні речовини з простих неорганічних речовин. Автотрофи складають основну масу всіх живих істот і повністю відповідають за освіту всього нового органічної речовини в будь-якій екосистемі, тобто є виробниками продукції,
2) макроконсументи (консументи 1, 2 і т.д. порядку) - гетеротрофні (харчуються іншими) організми, головним чином, тварини, які поїдають рослини та інші організми. На відміну від автотрофів продуцентів, гетеротрофи виступають як споживачі і руйнівники органічних речовин,
3) мікроконсументи (редуценти) - гетеротрофні організми, переважно бактерії і гриби, які руйнують складні з'єднання мертвої протоплазми, поглинають деякі продукти розкладання і вивільняють неорганічні поживні речовини, придатні для використання продуцентами.
Структура екосистеми. Залежно від характеру харчування в екосистемі будується екологічна піраміда (піраміда харчування), що складається з декількох трофічних рівнів:
1) (нижчий) займають автотрофні організми;
2) гетеротрофні організми 1 порядку, що використовують у їжу біомасу рослин;
3) гетеротрофи 2 порядки, що харчуються гетеротрофами 1 порядку, і т.д.
У наземних екосистемах маса продуцентів більше, ніж маса консументів, маса консументів першого порядку більше, ніж консументів другого порядку і т.д. Це обумовлено тим, що їжа використовується не тільки на зростання організмів, але й на задоволення енергетичних витрат: дихання, рух, розмноження, підтримання температури. Тому графічно модель екосистеми має вигляд піраміди.
SHAPE \ * MERGEFORMAT
1 |
2 |
3 |
4 |
Рис. 1. Екологічна піраміда
1. Продуценти (рослини), 2. Консументи 1 порядку (травоїдні)
3. Консументи 2 порядки (м'ясоїдні, хижаки); 4. Кінцеві консументи
3. Біотичний кругообіг речовин та енергія в екологічній системі
Кругообіг речовин в екосистемі називається біотичних. Перенесення речовини і енергії в ньому здійснюється, в основному, за допомогою трофічних (харчових) ланцюгів.
Трофічної (харчовий) ланцюгом називається перенесення енергії їжі від її джерела - рослин через ряд організмів шляхом поїдання одних організмів іншими. В основі цього процесу лежить наступна хімічна формула:
C0 2 + H 2 0 + Q SHAPE \ * MERGEFORMAT
Схема переносу речовин і енергії в природних екосистемах представлена на малюнку 2.
Екологічну систему можна представити у вигляді діаграми потоку енергії (рис. 3). Окремі трофічні рівні в ній зображені як резервуари, яких розмір відповідає кількості енергії укладеної в них біомаси, а поперечник з'єднують їх каналів - величині потоків енергії.
Енергія в екологічну систему потрапляє у вигляді потоку сонячної енергії L. Велика частина її (L u) розсіюється у вигляді теплоти. Частина енергії, ефективно поглинена рослинами (La), перетворюється фотосинтезом в енергію хімічних зв'язків вуглеводів та інших органічних речовин (P g). Частина утворився речовини окислюється в процесі дихання рослин, звільняючи енергію R, а також використовується в інших біохімічних процесах рослин і в кінцевому рахунку розсіюється у вигляді тепла (N a). Частина, що залишилася новостворених органічних речовин обумовлює приріст біомаси рослин Р П |.
Приріст біомаси рослин рано чи пізно використовується: частина споживається первинними консументами, решта переробляється редуцентами. Консументи харчуються, розмножуються, ростуть і також дають продукцію Р «2, яка надходить на наступний трофічний рівень вторинним консументам.
Таким чином, при переході від одного трофічного рівня до іншого частина доступної енергії не сприймається (N u), частина віддається у вигляді тепла, екскрементів (N a), а частина витрачається на дихання (R). У середньому при переході з одного трофічного рівня на інший загальна енергія зменшується приблизно в 10 разів (правило 10% Р. Ліндемана). Чим довше харчова ланцюг, тим менше залишається до її кінця доступної енергії. Тому число трофічних рівнів ніколи не буває занадто великим і найчастіше не перевищує 4-5 рівнів.
Оскільки в зворотний потік надходить незначна кількість спочатку залученої енергії (не більше 0,25 - 0,35%). говорити про кругообіг енергії не можна. Існує лише кругообіг речовин, підтримуваний потоком енергії.
4. Стабільність і розвиток екосистем
У нормальному стані будь-екологічній системі притаманне стійкий стан, зване гомеостазом, що характеризується динамічним (рухомим) рівновагою між народжуваністю і смертністю, споживанням і звільненням речовини та енергії.
У той же час будь-яка екосистема входить в ієрархію систем і тому піддається зовнішнім впливам, які прагнуть вивести її з рівноваги. Якщо це атіяніе не дуже грубо, то порушені зв'язки замінюються іншими і процес передачі речовини та енергії триває. Таке явище називається екологічним дублюванням.
Екологічне дублювання - процес заміни зниклого з яких-небудь причин виду іншим видом, який займає його екологічну нішу. Так екосистеми пручаються впливам, таким, що порушує їх стабільність.
Система тим надійніше і стабільніше, ніж більше видове різноманіття вона має. Це забезпечує широкі можливості для екологічного дублювання.
У той же час під вплив зовнішніх і внутрішніх факторів в екологічних системах відбуваються постійних змін. Деякі види екосистем, відчуваючи негативні впливи, знижують свою чисельність, а іноді зовсім зникають. Інші види можуть від цього виграти, і їх чисельність зростає. Відбувається витіснення одних видів іншими.
Процеси послідовних змін стану екосистем у просторі або в часі, що супроводжуються зміною станів і властивостей всіх її компонентів, називаються сукцесії. Сукцесії - це поступові необоротні спрямовані зміни в екосистемах, що протікають в результаті зовнішніх і внутрішніх причин на одній і тій же території під впливом природних факторів або впливів людини.
Розрізняють безліч форм сукцесії: пирогенную, катастрофічну, антропогенну і т.д. Причиною пірогенних сукцесій є пожежі; катастрофічних - виверження вулканів, урагани, незвичайний паводок, масове розмноження шкідників і т.п.; антропогенних - господарська діяльність людини.
Здатність екосистеми щодо повно самовідновлюватися і саморегулюватися протягом сукцессіонного або еволюційного відрізка її існування називається екологічної надійністю. Найпростішим механізмом підтримки екологічної надійності екосистеми є заміна вибулого з яких-небудь причин виду іншим, екологічно близьким. При більш глибокому порушенні заміна відбувається на рівні громад різного рівня аж до біогеоценозів.
Література
1. Шимова, О.С. Основи екології та економіка природокористування: Підручник / О.С. Шимова, Н.К. Соколовський. - Мн.: БГЕУ, 2001 -367 с.
2. Акімова, Т.А. Екологія: Підручник для вузів / Т.А. Акімова, Влз. Хаскин. - М: ЮНИТИ, 1998, - 445 с.
З. Мавріщев, В.В. Основи загальної екології: Навч. посібник / В.В, Мавріщев. - Мн. Обчислюємо. шк., 2000, - 317 с.
4. Екологія: Навчальний посібник / Загальна ред. С.А. Боголюбова. - М: Знання, 1997. - 288 с.
5. Екологія і безпека життєдіяльності: Учеб. посібник для вузів / Під ред. Л.А. Мурахи. - М. ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 447 с.
6. Корміліці.н, В.І. Основи екології: Навч, посібник / В.Ц. Кормілідін. - М.: Інтерстиль. 1997. - 368 с.
7. Реймерс, Н.Ф. Охорона природи і навколишнього середовища людини: Словник-довідник / Н.Ф. Реймерс. - М: Освіта, 1992. - 320 с,
8. Охорона навколишнього середовища: Учеб, для техн. спец, вузів / За ред. СЗ. Бєлова. - М.: Вища школа, 1991. - 319 с.