Курс Экология СПО

Министерство образования Новосибирской области

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Новосибирской области

"НОВОСИБИРСКИЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ"

СОГЛАСОВАНО:

Заместитель директора

 по учебной работе

«___»_____2018_________ С.В.Белина

КАЛЕНДАРНО-ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

Дисциплина (МДК):  Экология

на 2018 – 2019 учебный год                  Курс 1          группа 121

Подпись преподавателя, составившего КТП___________ Дмитриенко К. Е.

План рассмотрен и принят на заседании ПЦК общеобразовательных и гуманитарных дисциплин.

Протокол № 1  от  5 сентября 2018г.         Председатель ПЦК _____________ Е.П.Виниченко

Министерство образования Новосибирской области

1. Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Новосибирской области
2. «НОВОСИБИРСКИЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

                                                                                             СОГЛАСОВАНО

Заместитель директора

 по учебной работе

_____________ С.В.Белина

 «____» _____________  2018г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

УД.01 ЭКОЛОГИЯ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ)

Новосибирск, 2018

Рабочая программа учебной дисциплины УД.1 Экология разработана в соответствии со следующими нормативными документами:

Федеральный законом от 29.11.2012 № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации»;

Приказом Министерства образования и науки РФ от 17.05.2012 № 413 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования»;

Приказом Министерства образования и науки РФ от 29.12.2014 № 1645 «О внесении изменений в Приказ Министерства образования и науки РФ от 17.05.2012 № 413 “Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования»;

Письмом Департамента государственной политики в сфере подготовки рабочих кадров и ДПО Минобрнауки России от 17.03.2015 № 06-259 «Рекомендации по организации получения среднего общего образования в пределах освоения образовательных программ среднего профессионального образования на базе основного общего образования с учетом требований федеральных государственных образовательных стандартов и получаемой профессии или специальности среднего профессионального образования»;

Примерной программой общеобразовательной учебной дисциплины «Экология» для профессиональных образовательных организаций, рекомендованной Федеральным государственным автономным учреждением «Федеральный институт развития образования» (ФГАУ «ФИРО») в качестве примерной программы для реализации основной профессиональной образовательной программы СПО на базе основного общего образования с получением среднего общего образования.

Протокол № 3 от 21 июля 2015 г.

Организация-разработчик: государственное  бюджетное профессиональное  образовательное учреждение   Новосибирской области «Новосибирский профессионально-педагогический колледж»

Разработчик:

Дмитриенко Константин Евгеньевич,  преподаватель высшей квалификационной категории.

Рабочая программа рассмотрена на заседании ц(п)к общеобразовательных и гуманитарных дисциплин

Протокол № 1  от «05» сентября 2018г.

Председатель ц(п)к _____________   Е.П.Виниченко

СОДЕРЖАНИЕ

1. Пояснительная записка.............................................................................4
2. Общая характеристика учебной дисциплины «Экология»...................5
3. Место учебной дисциплины в учебном плане.......................................6
4. Результаты освоения учебной дисциплины...........................................6
5. Содержание учебной дисциплины.........................................................7
6. Тематическое планирование...................................................................10
7. Тематический план................................................................. ………….11
8. Характеристика основных видов учебной деятельности студентов...12
9. Учебно-методическое и материально-техническое обеспечение

программы учебной дисциплины «Экология»................................................13

1. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

         Программа общеобразовательной учебной дисциплины «Экология» является частью основной профессиональной образовательной программы СПО (ОПОП СПО) на базе основного общего образования при подготовке  специалистов среднего звена для  специальности  среднего профессионального образования :  09.02.05  Прикладная информатика

(по отраслям),   входящей в состав укрупненной группы профессий

 09.00.00 Информатика и вычислительная техника; 44.02.06 Профессиональное обучение (по отраслям), входящей в состав укрупненной группы профессий 44.00.00 Образование и педагогические науки.

        Программа разработана на основе требований ФГОС среднего образования, предъявляемых к структуре, содержанию и результатам освоения учебной дисциплины «Экология», в соответствии

 с Рекомендациями по организации получения среднего общего образования

в пределах освоения образовательных программ среднего профессионального образования на базе основного общего образования

с учетом требований федеральных государственных образовательных стандартов и получаемой  специальности среднего профессионального образования (письмо Департамента государственной политики в сфере подготовки рабочих кадров и ДПО Минобрнауки России от 17.03.2015

 №06-259).

4. Содержание программы «Экология» направлено на достижение следующих целей:

• получение фундаментальных знаний об экологических системах и особенностях их функционирования в условиях нарастающей антропогенной нагрузки;
• истории возникновения и развития экологии как естественно-научной и социальной дисциплины, ее роли в формировании картины мира; о методах научного познания;
• овладение умениями логически мыслить, обосновывать место и роль экологических знаний в практической деятельности людей, развитии современных технологий;
• определять состояние экологических систем в природе и в условиях городских и сельских поселений;
• проводить наблюдения за природными и искусственными экосистемами с целью их описания и выявления естественных и антропогенных изменений;
• развитие познавательных интересов, интеллектуальных и творческих способностей обучающихся в процессе изучения экологии;
• путей развития природоохранной деятельности; в ходе работы с различными источниками информации;
• воспитание убежденности в необходимости рационального природопользования, бережного отношения к природным ресурсам и окружающей среде, собственному здоровью;
• уважения к мнению оппонента при обсуждении экологических проблем;
• использование приобретенных знаний и умений по экологии в повседневной жизни для оценки последствий своей деятельности (и деятельности других людей) по отношению к окружающей среде, здоровью других людей и собственному здоровью;
• соблюдению правил поведения в природе;
• толерантное сознание и поведение в поликультурном мире, готовность и способность вести диалог с другими людьми, достигать в нем взаимопонимания, находить общие цели и сотрудничать для их достижения, способность противостоять идеологии экстремизма, национализма, ксенофобии, дискриминации по социальным, религиозным, расовым, национальным признакам и другим негативным социальным явлениям;
• антикоррупционное мировоззрение.

6. В программе отражены важнейшие задачи, стоящие перед экологией, решение которых направлено на рациональное природопользование, на охрану окружающей среды и создание здоровье сберегающей среды обитания человека.
7.                   Программа учебной дисциплины «Экология » включает содержание учебного материала, последовательность его изучения, распределение учебных часов, тематику рефератов (докладов),  виды самостоятельных работ, учитывая специфику программы подготовки специалистов среднего звена, осваиваемой специальности.
8.                   Программа может использоваться другими профессиональными образовательными организациями в пределах освоения ОПОП СПО на базе основного общего образования, программы подготовки  специалистов среднего звена (ППССЗ).

9. 2. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
10. Экология — научная дисциплина, изучающая все аспекты взаимоотношений живых организмов и среды, в которой они обитают, а также последствия взаимодействия систем «общество» и «природа», условия недопущения либо нейтрализации этих последствий. Объектами изучения экологии являются живые организмы, в частности человек, а также системы «общество» и «природа», что выводит экологию за рамки естественно- научной дисциплины и превращает ее в комплексную социальную дисциплину. Экология на основе изучения законов взаимодействия человеческого общества и природы предлагает пути восстановления нарушенного природного баланса. Экология, таким образом, становится одной из основополагающих научных дисциплин о взаимоотношениях природы и общества, а владение экологическими знаниями является одним из необходимых условий реализации специалиста в любой будущей профессиональной деятельности.
11. Основу содержания учебной дисциплины «Экология» составляет концепция устойчивого развития. В соответствии с ней выделены содержательные линии: экология как научная дисциплина и экологические закономерности; взаимодействие систем «природа» и «общество»; прикладные вопросы решения экологических проблем в рамках концепции устойчивого развития; методы научного познания в экологии: естественно-научные и гуманитарные аспекты.
12. При отборе содержания учебной дисциплины «Экология» использован культуросообразный подход, в соответствии с которым обучающиеся должны усвоить знания и умения, необходимые для формирования общей культуры, определяющей адекватное поведение человека в окружающей среде, востребованные в жизни и в практической деятельности.
13.  В целом учебная дисциплина «Экология», в содержании которой ведущим компонентом являются научные знания и научные методы познания, не только позволяет сформировать у обучающихся целостную картину мира, но и пробуждает у них эмоционально-ценностное отношение к изучаемому материалу, готовность к выбору действий определенной направленности, умение критически оценивать свои и чужие действия и поступки.
15. Изучение общеобразовательной учебной дисциплины «Экология» завершается подведением итогов в форме дифференцированного зачета в рамках промежуточной аттестации студентов в процессе освоения ОПОП СПО на базе основного общего образования с получением среднего общего образования (ППКРС, ППССЗ).

17. 3. МЕСТО УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ В УЧЕБНОМ ПЛАНЕ
18. Учебная дисциплина «Экология» является учебным предметом по выбору  из обязательной предметной области «Естественные науки» ФГОС среднего общего образования.
19.        В учебных планах ППССЗ место учебной дисциплины «Экология» —
20. в составе общеобразовательных учебных дисциплин по выбору, формируемых из обязательных предметных областей ФГОС среднего общего образования для  специальностей СПО технического  профиля профессионального образования.
22. 4. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ 

Освоение содержания учебной дисциплины «Экология» обеспечивает достижение студентами следующих результатов:

23.  личностных:
24.  − устойчивый интерес к истории и достижениям в области экологии;
25.  − готовность к продолжению образования, повышению квалификации в избранной профессиональной деятельности, используя полученные экологические знания;
26.  − объективное осознание значимости компетенций в области экологии для человека и общества;
27. − умения проанализировать техногенные последствия для окружающей среды, бытовой и производственной деятельности человека;
28. − готовность самостоятельно добывать новые для себя сведения экологической направленности, используя для этого доступные источники информации;
29. − умение управлять своей познавательной деятельностью, проводить самооценку уровня собственного интеллектуального развития;
30. − умение выстраивать конструктивные взаимоотношения в команде по решению общих задач в области экологии;
31. метапредметных:
32. − овладение умениями и навыками различных видов познавательной деятельности для изучения разных сторон окружающей среды;
33. − применение основных методов познания (описания, наблюдения, эксперимента) для изучения различных проявлений антропогенного воздействия, с которыми возникает необходимость сталкиваться в профессиональной сфере;
34. − умение определять цели и задачи деятельности, выбирать средства их достижения на практике;
35. − умение использовать различные источники для получения сведений экологической направленности и оценивать ее достоверность для достижения поставленных целей и задач;
36. − готовность и способность к самостоятельной информационно-познавательной деятельности, владение навыками получения необходимой информации из словарей разных типов, умение ориентироваться в различных источниках информации, критически оценивать и интерпретировать информацию, получаемую из различных источников;
37. предметных:
38. − сформированность представлений об экологической культуре как условии достижения устойчивого (сбалансированного) развития общества и природы, экологических связях в системе «человек - общество - природа»;
39. − сформированность экологического мышления и способности учитывать и оценивать экологические последствия в разных сферах деятельности;
40. − владение умениями применять экологические знания в жизненных ситуациях, связанных с выполнением типичных социальных ролей;
41. − владение знаниями экологических императивов, гражданских прав и обязанностей в области энерго- и ресурсосбережения в интересах сохранения окружающей среды, здоровья и безопасности жизни;
42. − сформированность личностного отношения к экологическим ценностям, моральной ответственности за экологические последствия своих действий в окружающей среде;
43. − сформированность способности к выполнению проектов экологически ориентированной социальной деятельности, связанных с экологической безопасностью окружающей среды, здоровьем людей и повышением их экологической культуры.

44. Личностные результаты освоения адаптированной основной образовательной программы должны отражать:
45. 1) для глухих, слабослышащих, позднооглохших обучающихся:
46. способность к социальной адаптации и интеграции в обществе, в том числе при реализации возможностей коммуникации на основе словесной речи (включая устную коммуникацию), а также, при желании, коммуникации на основе жестовой речи с лицами, имеющими нарушения слуха;
47. 2) для обучающихся с нарушениями опорно-двигательного аппарата:
48. владение навыками пространственной и социально-бытовой ориентировки;
49. умение самостоятельно и безопасно передвигаться в знакомом и незнакомом пространстве с использованием специального оборудования;
50. способность к осмыслению и дифференциации картины мира, ее временно-пространственной организации;
51. способность к осмыслению социального окружения, своего места в нем, принятие соответствующих возрасту ценностей и социальных ролей;
52. 3) для обучающихся с расстройствами аутистического спектра:
53. формирование умения следовать отработанной системе правил поведения и взаимодействия в привычных бытовых, учебных и социальных ситуациях, удерживать границы взаимодействия;
54. знание своих предпочтений (ограничений) в бытовой сфере и сфере интересов.

Метапредметные результаты освоения адаптированной основной образовательной программы должны отражать:

1) для глухих, слабослышащих, позднооглохших обучающихся:

владение навыками определения и исправления специфических ошибок (аграмматизмов) в письменной и устной речи;

2) для обучающихся с расстройствами аутентического спектра:

способность планировать, контролировать и оценивать собственные учебные действия в соответствии с поставленной задачей и условиями ее реализации при сопровождающей помощи педагогического работника и организующей помощи тьютора;

овладение умением определять наиболее эффективные способы достижения результата при сопровождающей помощи педагогического работника и организующей помощи тьютора;

овладение умением выполнять действия по заданному алгоритму или образцу при сопровождающей помощи педагогического работника и организующей помощи тьютора;

овладение умением оценивать результат своей деятельности в соответствии с заданными эталонами при организующей помощи тьютора;

овладение умением адекватно реагировать в стандартной ситуации на успех и неудачу, конструктивно действовать даже в ситуациях неуспеха при организующей помощи тьютора;

овладение умением активного использования знаково-символических средств для представления информации об изучаемых объектах и процессах, различных схем решения учебных и практических задач при организующей помощи педагога-психолога и тьютора;

способность самостоятельно обратиться к педагогическому работнику (педагогу-психологу, социальному педагогу) в случае личных затруднений в решении какого-либо вопроса;

способность самостоятельно действовать в соответствии с заданными эталонами при поиске информации в различных источниках, критически оценивать и интерпретировать получаемую информацию из различных источников.

55. 5. СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
56. Введение
57. Объект изучения экологии — взаимодействие живых систем. История развития экологии. Методы, используемые в экологических исследованиях.  Роль экологии в формировании современной картины мира и в практической деятельности людей. Значение экологии в освоении профессий и специальностей среднего профессионального образования.
58. 1. Экология как научная дисциплина
59. Общая экология. Среда обитания и факторы среды. Общие закономерности действия факторов среды на организм. Популяция. Экосистема. Биосфера.
60. Социальная экология. Предмет изучения социальной экологии. Среда, окружающая человека, ее специфика и состояние. Демография и проблемы экологии. Природные ресурсы, используемые человеком. Понятие «загрязнение среды».
61. Прикладная экология. Экологические проблемы: региональные и глобальные. Причины возникновения глобальных экологических проблем. Возможные способы решения глобальных экологических проблем.
62. Демонстрации
63. Экологические факторы и их влияние на организмы. Межвидовые отношения: конкуренция, симбиоз, хищничество, паразитизм.
64.  Практическое занятие Описание антропогенных изменений в естественных природных ландшафтах местности, окружающей обучающегося.

65. 2. Среда обитания человека и экологическая безопасность
66. Среда обитания человека.
67. Окружающая человека среда и ее компоненты. Естественная и искусственная среды обитания человека. Социальная среда. Основные экологические требования к компонентам окружающей человека среды. Контроль за качеством воздуха, воды, продуктов питания. Городская среда. Городская квартира и требования к ее экологической безопасности. Шум и вибрация в городских условиях. Влияние шума и вибрации на здоровье городского человека. Экологические вопросы строительства в городе. Экологические требования к организации строительства в городе. Материалы, используемые в строительстве жилых домов и нежилых помещений. Их экологическая безопасность. Контроль за качеством строительства. Дороги и дорожное строительство в городе. Экологические требования к дорожному строительству в городе. Материалы, используемые при дорожном строительстве в городе. Их экологическая безопасность. Контроль за качеством строительства дорог. Экологические проблемы промышленных и бытовых отходов в городе. Твердые бытовые отходы и способы их утилизации. Современные способы переработки промышленных и бытовых отходов. Сельская среда. Особенности среды обитания человека в условиях сельской местности. Сельское хозяйство и его экологические проблемы. Пути решения экологических проблем сельского хозяйства.
68. Демонстрация
69. Схема агроэкосистемы.
70. Практическое занятие Описание жилища человека как искусственной экосистемы.
72. 3. Концепция устойчивого развития.
73.  Возникновение концепции устойчивого развития. Глобальные экологические проблемы и способы их решения. Возникновение экологических понятий «устойчивость» и «устойчивое развитие». Эволюция взглядов на устойчивое развитие. Переход к модели «Устойчивость и развитие». «Устойчивость и развитие». Способы решения экологических проблем в рамках концепции «Устойчивость и развитие». Экономический, социальный, культурный и экологический способы устойчивости, их взаимодействие и взаимовлияние. Экологические след и индекс человеческого развития.
74. Демонстрации
75.  Использование ресурсов и развитие человеческого потенциала. Индекс «живой планеты». Экологический след.
76. Практическое занятие 
77. Решение экологических задач на устойчивость и развитие.
79. 4. Охрана природы. Природоохранная деятельность.
80. История охраны природы в России. Типы организаций, способствующих охране природы. Заповедники, заказники, национальные парки, памятники природы. Особо охраняемые природные территории и их законодательный статус. Экологические кризисы и экологические ситуации. Экологические проблемы России. Природно-территориальные аспекты экологических проблем. Социально-экономические аспекты экологических проблем. Природные ресурсы и способы их охраны. Охрана водных ресурсов в России. Охрана почвенных ресурсов в России. Охрана лесных ресурсов в России. Возможности управления экологическими системами (на примере лесных биогеоценозов и водных биоценозов).
81. Демонстрации
82. Ярусность растительного сообщества. Пищевые цепи и сети в биоценозе. Круговорот веществ и превращение энергии в экосистеме. Особо охраняемые природные территории России.
83. Практическое занятие 
84. Сравнительное описание естественных природных систем и агроэкосистемы.
85. Экскурсия Естественные и искусственные экосистемы района, окружающего обучающегося.
87. Темы рефератов (докладов), индивидуальных проектов
88. • Возможности управления водными ресурсами в рамках концепции устойчивого развития.
89. • Возможности управления лесными ресурсами в рамках концепции устойчивого развития.
90.  • Возможности управления почвенными ресурсами в рамках концепции устойчивого развития.
91. • Возобновляемые и невозобновляемые ресурсы: способы решения проблемы исчерпаемости.
92. • Земельный фонд и его динамика под влиянием антропогенных факторов.
93. • История и развитие концепции устойчивого развития.
94. • Окружающая человека среда и ее компоненты: различные взгляды на одну проблему.
95. • Основные экологические приоритеты современного мира.
96. • Особо неблагоприятные в экологическом отношении территории России: возможные способы решения проблем.
97. • Особо охраняемые природные территории и их значение в охране природы.
98. • Популяция как экологическая единица.
99. • Причины возникновения экологических проблем в городе.
100. • Причины возникновения экологических проблем в сельской местности.
101. • Проблемы водных ресурсов и способы их решения (на примере России).
102. • Проблемы почвенной эрозии и способы ее решения в России.
103. • Проблемы устойчивости лесных экосистем в России.
104. • Система контроля за экологической безопасностью в России.
105. • Современные требования к экологической безопасности продуктов питания.
106. • Среда обитания и среды жизни: сходство и различия.
107. • Структура экологической системы.
108. • Структура экономики в рамках концепции устойчивого развития.
109. • Твердые бытовые отходы и способы решения проблемы их утилизации.
110. • Энергетические ресурсы и проблема их исчерпаемости.

111. 6. ТЕМАТИЧЕСКОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ 
112.           При реализации содержания общеобразовательной учебной дисциплины «Экология» в пределах освоения ОПОП СПО на базе основного общего образования с получением среднего общего образования (ППССЗ) максимальная учебная нагрузка обучающихся по специальностям СПО естественно-научного профиля профессионального образования составляет
113. - 59 часов, из них аудиторная (обязательная)
114. учебная нагрузка обучающихся, включая практические занятия, - 39 часов,
115. внеаудиторная самостоятельная работа студентов  - 20 часов.
116.  

117. 7. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН

120. 8. ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ ВИДОВ УЧЕБНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ СТУДЕНТОВ

Характеристика основных видов учебной деятельности студентов (на уровне учебных действий) Введение Знакомство с объектом изучения экологии. Определение роли экологии в формировании современной картины мира и в практической деятельности людей. Демонстрация значения экологии при освоении профессий и специальностей среднего профессионального образования

122. 1. ЭКОЛОГИЯ КАК НАУЧНАЯ ДИСЦИПЛИНА Общая экология Умение выявлять общие закономерности действия факторов среды на организм. Получение представлений о популяции, экосистеме, биосфере Социальная экология Знакомство с предметом изучения социальной экологии. Уме- ние выделять основные черты среды, окружающей человека Прикладная экология Умение выявлять региональные экологические проблемы и указывать причины их возникновения, а также возможные пути снижения последствий на окружающую среду
123.  2. СРЕДА ОБИТАНИЯ ЧЕЛОВЕКА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Среда обитания человека Овладение знаниями об особенностях среды обитания человека и ее основных компонентов. Умение формировать собственную позицию по отношению к сведениям, касающимся понятия «комфорт среды обитания человека», получаемым из разных источников, включая рекламу Знание основных экологических требований к компонентам окружающей человека среды Городская среда Знакомство с характеристиками городской квартиры как основного экотопа современного человека. Умение определять экологические параметры современного человеческого жилища. Знание экологических требований к уровню шума, вибрации, организации строительства жилых и нежилых помещений, автомобильных дорог в условиях города Сельская среда Знание основных экологических характеристик среды обита- ния человека в условиях сельской местности
124. 3. КОНЦЕПЦИЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ Возникновение концепции устойчивого развития Знание основных положений концепции устойчивого развития и причин ее возникновения. Умение формировать собственную позицию по отношению к сведениям, касающимся понятия «устойчивое развитие» Устойчивость и развитие Знание основных способов решения экологических проблем в рамках концепции «Устойчивость и развитие». Умение различать экономическую, социальную, культурную и экологическую устойчивость. Умение вычислять индекс человеческого развития по отношению к окружающей среде
125. 4. ОХРАНА ПРИРОДЫ Природоохранная деятельность Знание истории охраны природы в России и основных типов организаций, способствующих охране природы. Умение определять состояние экологической ситуации окружающей местности и предлагать возможные пути снижения антропогенного воздействия на природу Природные ресурсы и их охрана Умение пользоваться основными методами научного познания: описанием, измерением, наблюдением — для оценки состояния окружающей среды и ее потребности в охране.
127. 9. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОГРАММЫ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ЭКОЛОГИЯ» 

         Освоение программы учебной дисциплины «Экология» предполагает наличие в профессиональной образовательной организации, реализующей образовательную программу среднего общего образования в пределах освоения ОПОП СПО на базе основного общего образования, учебного кабинета, в котором имеется возможность обеспечить свободный доступ в сеть Интернет во время учебного занятия и в период внеучебной деятельности обучающихся.

128. Оборудование учебного кабинета:

129. Технические средства обучения:

В состав учебно-методического и материально-технического обеспечения программы учебной дисциплины «Экология» входит библиотечный фонд.

        В библиотечный фонд входят учебники, учебно-методические комплекты (УМК), обеспечивающие освоение учебной дисциплины «Экология», рекомендованные или допущенные для использования в профессиональных образовательных организациях, реализующих образовательную программу среднего общего образования в пределах освоения ОПОП СПО на базе основного общего образования.

        Библиотечный фонд дополнен энциклопедиями, справочниками, словарями, научной и научно-популярной литературой и другой литературой по разным вопросам экологии.

         В процессе освоения программы учебной дисциплины «Экология» студенты имеют возможность доступа к электронным учебным материалам по экологии, имеющимся в свободном доступе в сети Интернет (электронным книгам, практикумам, тестам).

131. РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

132. Для студентов
133. Валова В.Д. Экология. — М., 2012.
134. Константинов В.М., Челидзе Ю.Б. Экологические основы природопользования. — М., 2014.
135. Марфенин Н.Н. Экология и концепция устойчивого развития. — М., 2013.
136. Миркин Б.М., Наумова Л.Г., Суматохин С.В. Экология (базовый уровень). 10 — 11 классы. — М., 2014.
137. Основы экологического мониторинга. — Краснодар, 2012.
138. Пивоваров Ю.П., Королик В.В., Подунова Л.Г. Экология и гигиена человека: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.
139. Тупикин Е.И. Общая биология с основами экологии и природоохранной деятельности: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.
140. Чернова Н.М., Галушин В.М., Константинов В.М. Экология (базовый уровень). 10— 11 классы. — М., 2014.
142. Для преподавателей
143. Федеральный закон от 29.12.2012 № 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации».
144. Приказ Министерства образования и науки РФ от 17.05.2012 № 413 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования».
145.  Приказ Министерства образования и науки РФ от 29.12.2014 № 1645 «О внесении изменений в Приказ Министерства образования и науки Российской Федерации от 17.05.2012 № 413 “Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта среднего (полного) общего образования”».
146. Письмо Департамента государственной политики в сфере подготовки рабочих кадров и ДПО Министерства образования и науки РФ от 17.03.2015 № 06-259 «Рекомендации по организации получения среднего общего образования в пределах освоения образовательных программ среднего профессионального образования на базе основного общего образования с учетом требований федеральных государственных образовательных стандартов и получаемой профессии или специальности среднего профессионального образовании».
147. Аргунова М.В. Методические рекомендации к преподаванию курса «Экология Москвы и устойчивое развитие». — М., 2011.
148. Аргунова М.В., Колесова Е.В. Практикум по курсу «Экология Москвы и устойчивое раз- витие». — М., 2011.
149. Марфенин Н.Н. Руководство по преподаванию экологии в рамках концепции устойчивого развития. — М., 2012.
151.  Интернет-ресурсы
152. www.ecologysite.ru (Каталог экологических сайтов).
153. www.ecoculture.ru (Сайт экологического просвещения).
154.  www. ecocommunity. ru (Информационный сайт, освещающий проблемы экологии Рос- сии).
155. Учебное издание Скворцов Павел Михайлович, Титов Евгений Викторович, Колесова Екатерина Вячеславовна, Скворцова Ярославна Владимировна Примерная программа общеобразовательной учебной дисциплины «Экология» для профессиональных образовательных организаций Редактор Г.Е.Конопля Компьютерная верстка: Р.Ю.Волкова Корректор Е.В.Кудряшова Изд. № 101117621. Подписано в печать 29.07.2015. Формат 60×90/8. Усл. печ. л. 1,7. ООО «Издательский центр «Академия». www. academia-moscow. ru 129085, Москва, пр-т Мира, 101В, стр. 1. Тел./факс: (495) 648-0507, 616-00-29.

Министерство образования Новосибирской области

государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Новосибирской области

«НОВОСИБИРСКИЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

по выполнению самостоятельных и практических работ студентов

по учебной дисциплине

УД.01 Экология

основной профессиональной образовательной программы  

по специальностям

44.02.06 Профессиональное обучение (по отраслям)

(специализации 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений и

09.02.03 Программирование в компьютерных системах),

09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям)

(базовый уровень)

Новосибирск

2018

Комплект контрольно-измерительных материалов (контрольно-оценочных средств) разработан на основе Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования по специальностям 35.02.12 Садово-парковое и ландшафтное строительство, 44.02.06 Профессиональное обучение (по отраслям) (специализации 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений и 09.02.03 Программирование в компьютерных системах), 09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям), программы учебной дисциплины Экология (базовый уровень).

Организация-разработчик:

государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение  Новосибирской области «Новосибирский профессионально-педагогический колледж»

Разработчики:

Дмитриенко К. Е., преподаватель

Содержание

Пояснительная записка

Настоящие методические рекомендации преследуют цель способствовать активизации познавательного интереса студентов к вопросам экологии в быту и на производстве. Рекомендации ориентированы на подготовку к освоению профессиональных компетенций и на подготовку к овладению общими компетенциями согласно ФГОС по специальностям 35.02.12 Садово-парковое и ландшафтное строительство, 44.02.06 Профессиональное обучение (по отраслям) (специализации 08.02.01 Строительство и эксплуатация зданий и сооружений и 09.02.03 Программирование в компьютерных системах), 09.02.05 Прикладная информатика (по отраслям).

В соответствии с рабочей программой учебной дисциплины Экология на выполнение заданий для самостоятельной работы студентов предусмотрено 10 академических часов.

Методические рекомендации определяют сущность самостоятельной работы студентов по дисциплине, ее назначение, планирование, формы организации и виды контроля.

Условия, обеспечивающие результативность самостоятельной работы студентов:

1. В процессе самостоятельной работы студент приобретает навыки самоорганизации, самоконтроля, самоуправления и становится активным самостоятельным субъектом учебной деятельности.
2. Студент самостоятельно определяет режим своей внеаудиторной работы и меру труда, затрачиваемого на овладение знаниями и умениями по каждой дисциплине, выполняет внеаудиторную работу по индивидуальному плану, в зависимости от собственной подготовки, бюджета времени и других условий.
3. Ежедневно студент должен уделять выполнению внеаудиторной самостоятельной работы в среднем не менее 3 часов.
4. При выполнении внеаудиторной самостоятельной работы обучающийся имеет право обращаться к преподавателю за консультацией с целью уточнения задания, правил оформления документов, формы контроля выполненного задания.
5. При выполнении самостоятельной работы необходимо:

• освоить вопросы, выносимые на самостоятельную работу и предложенные преподавателем в соответствии с программой по данной учебной дисциплине.
• планировать самостоятельную работу в соответствии с графиком самостоятельной работы, предложенным преподавателем.

6. Самостоятельную работу студент должен осуществлять в организационных формах, предусмотренных учебным планом и рабочей программой по учебной дисциплине; выполнять самостоятельную работу и отчитываться по ее результатам в соответствии с графиком представления результатов, видами и сроками отчетности по самостоятельной работе студентов.
7. Выполняя самостоятельную работу студент может:

• предлагать дополнительные темы и вопросы для самостоятельного изучения;
• в рамках общего графика выполнения самостоятельной работы предлагать обоснованный индивидуальный график выполнения и отчетности по ее результатам;
• предлагать свои варианты организационных форм самостоятельной работы;
• использовать для самостоятельной работы учебные и методические пособия, другие разработки и ресурсы интернет сверх предложенного преподавателем перечня;
• использовать контроль и самоконтроль результатов самостоятельной работы в соответствии с методами, предложенными преподавателем или выбранными самостоятельно.

Назначение и виды самостоятельной работы студентов

Самостоятельная работа студентов по дисциплине Безопасность жизнедеятельности способствует более глубокому усвоению изучаемого курса, формирует навыки исследовательской работы по проблемам безопасности человека в среде обитания,  ориентирует студента на умение применять полученные теоретические знания на практике.

Самостоятельная работа проводится с целью:

• систематизации и закрепления полученных теоретических знаний и практических умений студентов;
• углубления и расширения теоретических знаний;
• формирования умений использовать нормативную, правовую, справочную документацию и специальную литературу;
• развития познавательных способностей и активности студентов: творческой инициативы, самостоятельности, ответственности, организованности;
• формирование самостоятельности мышления, способностей к саморазвитию, совершенствованию и самоорганизации;
• формирования практических (общеучебных и профессиональных) умений и навыков;
• развитию исследовательских умений.

Самостоятельная работа - планируемая учебная, учебно-исследовательская, научно-исследовательская работа студентов, выполняемая во внеаудиторное время по заданию и при методическом руководстве преподавателя, но без его непосредственного участия.

Самостоятельная работа заключается в изучении отдельных тем курса по заданию преподавателя по рекомендуемой им литературе, в подготовке к семинарам, практическим занятиям, деловым и ролевым обучающим играм, ко всем видам контроля, дифференцированному зачету, в выполнении домашнего задания.

В самостоятельную работу необходимо шире внедрять практику подготовки рефератов, презентаций и доклада по ним. После вводных лекций, в которых обозначается содержание дисциплины, ее проблематика и практическая значимость, студентам выдаются возможные темы рефератов в рамках проблемного поля дисциплины, из которых студенты выбирают тему своего реферата. Тематика реферата должна иметь проблемный и профессионально ориентированный характер, требующей самостоятельной творческой работы студента.

Студенты готовят принтерный вариант реферата, делают по нему презентацию (в Power Point) и доклад перед студентами группы. Обсуждение доклада происходит в диалоговом режиме между студентами, студентами и преподавателем, но без его доминирования.

Такая интерактивная технология обучения способствует развитию у студентов информационной коммуникативности, рефлексии критического мышления, самопрезентации, умений вести дискуссию, отстаивать свою позицию и аргументировать ее, анализировать и синтезировать изучаемый материал, акцентировано представлять его аудитории. Доклады по презентациям студенческих работ рекомендуется проводить в рамках обучающихся практикумов, студенческих конференций и других возможных видов научно-учебной работы, реализуемых в колледже.

Качество реферата (его структура, полнота, новизна, количество используемых источников, самостоятельность при его написании, степень оригинальности и инновационности предложенных решений, обобщений и выводов), а также уровень доклада (акцентированность, последовательность, убедительность, использование специальной терминологии) учитываются в системе балльно-рейтингового контроля и итоговой оценке по дисциплине.

Организация самостоятельной работы студентов выступает одним из ключевых вопросов в современном образовательном процессе.

Под самостоятельной работой студентов сегодня понимается вид учебно-познавательной деятельности по освоению программы подготовки специалистов среднего звена, осуществляемой в определенной системе, при партнерском участии преподавателя в ее планировании и оценке достижения конкретного результата.

Основными признаками самостоятельной работы обучающихся принято считать:

• наличие познавательной или практической задачи, проблемного вопроса или задачи и особого времени на их выполнение, решение;
• проявление умственного напряжения обучающихся для правильного и наилучшего выполнения того или иного действия;
• проявление сознательности, самостоятельности и активности обучающихся в процессе решения поставленных задач;
• наличие результатов работы, которые отражают свое понимание проблемы;
• владение навыками самостоятельной работы.

Таким образом, самостоятельная работа рассматривается, с одной стороны, как форма обучения и вид учебного труда, осуществляемый без непосредственного вмешательства преподавателя, а с другой – как средство вовлечения обучающихся в самостоятельную познавательную деятельность, средство формирования у них методов её организации.

Под самостоятельной деятельностью понимается вид познавательной деятельности, в котором предполагается определенный уровень самостоятельности во всех структурных компонентах деятельности по её выполнению от постановки проблемы до осуществления контроля, самоконтроля и коррекции с диалектическим переходом от выполнения простых видов работы к более сложным, носящим поисковый характер, с постоянной трансформацией руководящей роли педагогического управления в сторону её перехода в формы ориентации и коррекции с передачей всех функций самому обучающемуся, но  лишь по мере овладения методикой самостоятельной.

Самостоятельная работа, ее организация играют большую роль в обучении, а также в научной и творческой работе студента колледжа. От того, насколько студент подготовлен и включен в самостоятельную деятельность, зависят его успехи в учебе и профессиональной работе.

Закономерности самостоятельного учебного труда реализуются в конкретных принципах этой деятельности.

Под принципами понимаются исходные положения, определяющие содержание и характер самостоятельного учебного труда студентов, конечные цели которого, как известно, состоят в том, чтобы получить систему знаний в объеме программы вузовской подготовки специалиста, сформировать научное мировоззрение, приобрести качества социально активной и творческой личности.

К принципам самостоятельной учебной деятельности относятся: принцип научности;  принцип наглядности;  принцип систематичности, последовательности, преемственности в самостоятельной работе;  принцип связи теории с практикой;  принцип сознательности и активности;   принцип индивидуализации стиля самостоятельного учебного труда;  принцип доступности и посильности самостоятельной работы;  принцип учета трудоемкости учебных дисциплин и оптимального планирования самостоятельной работы; - принцип прочности усвоения знаний.

Принципы, которые  сегодня становятся ведущими и выдвигаются на первый план:

Принцип сознательности и активности самостоятельного учебного труда исключает механическое заучивание материала, ориентирует студентов на глубокое понимание и осмысление его содержания, на свободное владение приобретенными знаниями. Активность – это, прежде всего,  проявление живого интереса к тому, что изучает студент, творческое участие его в работе по осмыслению приобретенных знаний. Активность и сознательность усвоения не мыслятся без высокого уровня творческого мышления, проблемно-исследовательского подхода к приобретаемым знаниям.

Принцип индивидуализации стиля самостоятельного учебного труда студента предполагает опору на собственные свойства личности (особенности восприятия, памяти, мышления, воображения и т.п.), а также на свои индивидуально-типологические особенности (темперамент, характер, способности). Реализация этого принципа позволяет будущему специалисту соизмерять планируемую самостоятельную учебную работу с возможностями ее выполнения, более рационально и полно использовать бюджет личного времени. Этот принцип тесно связан с другим – учетом объективной сложности учебных дисциплин и оптимального планирования студентом познавательно-практической деятельности. Оптимальное планирование самостоятельной работы – важная и необходимая задача, решение которой позволит повысить культуру учебного труда студента.

Перечисленные принципы могут меняться и варьироваться в зависимости от общих задач подготовки специалиста, специфики академической дисциплины, содержания самостоятельной работы и др. показателей. Знание этих принципов, умелое их использование студентами в учебно-познавательной деятельности способствуют овладению системой знаний и формированию качеств современного специалиста.

Самостоятельную работу принято делить на учебную,  научную  и социальную. Все эти виды взаимосвязаны и взаимообусловлены. Конечно, центральное место занимает учебная самостоятельная деятельность.

Самостоятельная работа представлена такими формами учебного процесса, как семинар, практические и лабораторные занятия. Студент должен уметь вести краткие записи содержания уроков, составлять конспекты, планы и тезисы выступлений, подбирать литературу и т.д.

Все виды самостоятельной работы выполняют свои функции и одинаково важны для будущего специалиста.

Самостоятельная работа студентов во внеаудиторное время может предусматривать:

• Проработку теоретического материала, работу с научно-технической литературой при изучении разделов курса, вынесенных на самостоятельную проработку;
• Подготовку к семинарам, лабораторным и практическим занятиям;
• Решение задач, выданных на практических занятиях;
• Подготовку к контрольным работам;
• Выполнение индивидуальных заданий, предусмотренных рабочей программой;

Видами заданий для самостоятельной работы могут быть:

• чтение текста (учебника, первоисточника, дополнительной литературы);
• прослушивание учебных аудиозаписей, просмотр видеоматериала.
• графическое изображение структуры текста;
• конспектирование текста;
• выписки из текста;
• работа со словарями и справочниками; ознакомление с нормативными документами;
• учебно-исследовательская работа;
• создание презентаций;

• составление плана и тезисов ответа;
• составление таблиц для систематизации учебного материала;
• изучение нормативных материалов;
• ответы на контрольные вопросы;
• подготовка сообщений, рефератов, докладов;
• составление библиографии, тематических кроссвордов; тестирование и др.;

• решение задач и упражнений;
• выполнение чертежей, схем;
• решение ситуационных производственных (профессиональных) задач; подготовка к деловым играм;
• проектирование и моделирование разных видов и компонентов профессиональной деятельности.

Виды заданий для самостоятельной работы, их содержание и характер могут иметь вариативный и дифференцированный характер, учитывать специфику специальности, изучаемой дисциплины, индивидуальные особенности студента.

Виды самостоятельной работы студентов:

1. Чтение основной и дополнительной литературы. Самостоятельное изучение материала по литературным источникам.
2. Работа с библиотечным каталогом, самостоятельный подбор необходимой литературы.
3. Работа со словарем, справочником.
4. Поиск необходимой информации через Интернет.
5. Конспектирование источников.
6. Реферирование источников.
7. Составление аннотаций к  прочитанным литературным источникам.
8. Составление рецензий и отзывов на прочитанный материал.
9. Составление обзора публикаций по теме.
10. Составление и разработка словаря (глоссария).
11. Составление хронологической таблицы.
12. Составление библиографии (библиографической картотеки)
13. Прослушивание учебных аудиозаписей, просмотр видеоматериала.
14. Выполнение аудио - и видеозаписей по заданной теме.
15. Подготовка к различным формам аттестации
16. Самостоятельное выполнение практических заданий репродуктивного типа (ответы на вопросы,  тренировочные упражнения, задачи, тесты).
17. Выполнение творческих заданий.
18. Подготовка устного сообщения для выступления на семинарском или лекционном занятии.
19. Написание реферата. Подготовка к защите (представлению) реферата на занятии.
20. Подготовка доклада и написание тезисов доклада.
21. Выполнение комплексного задания (проекта) по отдельной дисциплине.
22. Выполнение интегрированного (межпредметного) проекта.
23. Подготовка к участию в деловой игре, конкурсе, творческом соревновании.

Требования к организации внеаудиторной самостоятельной работы

Технология организации самостоятельной работы студентов включает использование информационных и материально-технических ресурсов колледжа.

Материально-техническое и информационно-техническое обеспечение самостоятельной работы студентов включает в себя:

• библиотеку с читальным залом, укомплектованную в соответствии с существующими нормами;
• учебно-методическую базу учебных кабинетов, лабораторий и методического центра;
• компьютерные классы с возможностью работы в Интернет;
• учреждения практики (базы практики) в соответствии с заключенными договорами;
• аудитории (классы) для консультационной деятельности;
• учебную и учебно-методическую литературу, разработанную с учетом увеличения доли самостоятельной работы студентов, и иные материалы.

При планировании заданий для внеаудиторной самостоятельной работы рекомендуется использовать следующие типы самостоятельной работы:

• воспроизводящая (репродуктивная), предполагающая алгоритмическую деятельность по образцу в аналогичной ситуации;
• реконструктивная, связанная с использованием накопленных знаний и известного способа действия в частично измененной ситуации;
• эвристическая (частично-поисковая), которая заключается в накоплении нового опыта деятельности и применении его в нестандартной ситуации;
• творческая, направленная на формирование знаний-трансформаций и способов исследовательской деятельности.

Виды заданий для внеаудиторной самостоятельной работы, их содержание и характер могут иметь вариативный и дифференцированный характер, учитывать специфику специальности (профессии), данной дисциплины, индивидуальные особенности студента.

Перед выполнением студентами внеаудиторной самостоятельной работы преподаватель проводит инструктаж по выполнению задания, который включает цель задания, его содержания, сроки выполнения, ориентировочный объем работы, основные требования к результатам работы, критерии оценки. В процессе инструктажа преподаватель предупреждает студентов о возможных типичных ошибках, встречающихся при выполнении задания.

Во время выполнения студентами внеаудиторной самостоятельной работы и при необходимости преподаватель может проводить консультации за счет общего бюджета времени, отведенного на консультации.

Самостоятельная работа может осуществляться индивидуально или группами студентов, на занятиях в зависимости от цели, объема, конкретной тематики самостоятельной работы, уровня сложности, уровня умений студентов.

Контроль самостоятельной работы студентов

Контроль самостоятельной работы студентов  предусматривает:

• соотнесение содержания контроля с целями обучения;
• объективность контроля;
• валидность контроля (соответствие предъявляемых заданий тому, что предполагается проверить);
• дифференциацию контрольно-измерительных материалов.

Формы контроля самостоятельной работы

1. Просмотр и проверка выполнения самостоятельной работы преподавателем.
2. Самопроверка, взаимопроверка выполненного задания в группе.
3. Обсуждение результатов выполненной работы на занятии.
4. Тестирование.
5. Письменный опрос.
6. Устный опрос.
7. Индивидуальное собеседование.
8. Собеседование с группой.
9. Коллоквиум.
10. Защита рефератов.
11. Творческий конкурс.
12. Интернет-конференции.
13. Олимпиада.

Критерии оценки результатов самостоятельной работы

Критериями оценок результатов внеаудиторной самостоятельной работы студента являются:

• уровень освоения учебного материала;
• умения использовать теоретические знания при выполнении практических задач;
• сформированность общеучебных умений;
• умения активно использовать электронные образовательные ресурсы, находить требующуюся информацию, изучать ее и применять на практике;
• обоснованность и четкость изложения ответа;
• оформление материала в соответствии с требованиями;
• умение ориентироваться в потоке информации, выделять главное;
• умение четко сформулировать проблему, предложив ее решение, критически оценить решение и его последствия;
• умение показать, проанализировать альтернативные возможности, варианты действий;
• умение сформировать свою позицию, оценку и аргументировать ее.

Оценка «5» ставится тогда, когда:

• Студент свободно применяет знания на практике;
• Не допускает ошибок в воспроизведении изученного материала;
• Студент выделяет главные положения в изученном материале и не затрудняется в ответах на видоизмененные вопросы;
• Студент усваивает весь объем программного материала;
• Материал оформлен аккуратно в соответствии с требованиями.

Оценка «4» ставится тогда когда:

• Студент знает весь изученный материал;
• Отвечает без особых затруднений на вопросы преподавателя;
• Студент умеет применять полученные знания на практике;
• В условных ответах не допускает серьезных ошибок, легко устраняет определенные неточности с помощью дополнительных вопросов преподавателя;
• Материал оформлен недостаточно аккуратно и в соответствии с требованиями.

Оценка «3» ставится тогда когда:

• Студент обнаруживает освоение основного материала, но испытывает затруднения при его самостоятельном воспроизведении и требует дополнительных дополняющих вопросов преподавателя;
• Предпочитает отвечать на вопросы воспроизводящего характера и испытывает затруднения при ответах на воспроизводящие вопросы;
• Материал оформлен не аккуратно или не в соответствии с требованиями.

Оценка «2» ставится тогда когда:

• У студента имеются отдельные представления об изучаемом материале, но все, же большая часть не усвоена;
• Материал оформлен не в соответствии с требованиями.

Оценка индивидуальных образовательных достижений по результатам текущего контроля производится в соответствии с универсальной шкалой (таблица).

Содержание самостоятельных работ студентов по дисциплине Экология

Назначение практических работ студентов по дисциплине Экология

Практические работы проводятся с целью:

• систематизации и закрепления полученных теоретических знаний;
• формирования умений использовать полученные знания для решения конкретных задач;
• развития познавательных способностей и активности обучающихся: творческой инициативы, самостоятельности, ответственности, организованности;
• формирование самостоятельности мышления;
• формирование умений работать в малых и больших группах;
• формирование умений слушать других, высказывать и отстаивать своё мнение, формулировать выводы;
• формирования общих и профессиональных компетенций.

Практические работы выполняются студентом по заданию преподавателя. Перед выполнением студентами практических работ преподаватель проводит инструктаж по выполнению задания, который включает цель задания, его содержание, основные требования к результатам работы, критерии оценки.

Практические занятия по экологии проводятся в аудитории. Вначале проходит обсуждения темы в группах (по 5-6 человек), а затем совместное обсуждение, поле которого подводится итог данного практического занятия.

Содержание практических работ по дисциплине Экология

Приложение 1

Требования к выполнению презентации

1. Должна быть строго определена цель использования презентации на занятии.
2. Первый слайд должен содержать название презентации, при этом следует помнить, что активно воспринимаются не более 5-10 слайдов.
3. Слайды презентации должны содержать фактическую и иллюстративную информацию.
4. Фактическую информацию желательно подавать в виде схем, таблиц, кратких цитат и изречений.
5. Иллюстративная информация может быть в виде графиков, диаграмм, репродукций. Желательно под репродукцию помещать сведения об авторе и названии.
6. Размер шрифта должен быть достаточно крупным (16-20 кегль). Нежелательно включение в текст презентации слов или словосочетаний разного цвета и шрифта. Лучше использовать для выделения полужирный или курсивный шрифт.
7. Презентация может содержать видео фрагмент продолжительностью до 3-5 минут, во многом дополняющий или иллюстрирующий ранее предложенную информацию.
8. Цветовая гамма презентации не должна быть слишком многоцветной. Наиболее оптимально использование 2-3 цветов для текста. При этом следует помнить, что сложный насыщенный фон слайда негативно влияет на восприятие информации и способствует быстрой утомляемости. Оптимальным является сочетание светлого фона и темного шрифта.
9. Презентация должна представлять собой целостную логически связанную последовательность слайдов.
10. Обязательно последние слайды презентации должны подводить итог, делать вывод или наводить на самостоятельное размышление.
11. Использование презентации должно сопровождаться комментариями студента, как перед началом работы, так и после ее окончания.

Приложение 2

Методические рекомендации при выполнении заданий, решении задач

1. Повторить теоретический материал по теме задания (задачи).
2. Посмотреть выполнение аналогового задания (задачи) в тетради и разобраться с его выполнением (решением) и оформлением.
3. Выполнить (решить) заданные или самостоятельно взятые задания (задачи). Проверить их на правильность выполнения (решения) и оформления.
4. Сравнить с выполнением (решением) и оформлением аналоговых заданий (задач) в тетради.
5. При наличии ошибок в выполнении (решении) и оформлении задания (задачи) – исправить их.

Приложение 3

Методические рекомендации по работе с текстом

Основные виды систематизированной записи текста:

1. Аннотирование – предельно краткое связное описание просмотренной или прочитанной книги (статьи), ее содержания, источников, характера и назначения;
2. Планирование – краткая логическая организация текста, раскрывающая содержание и структуру изучаемого материала;
3. Тезирование – лаконичное воспроизведение основных утверждений автора без привлечения фактического материала;
4. Цитирование – дословное выписывание из текста выдержек, извлечений, наиболее существенно отражающих ту или иную мысль автора;
5. Конспектирование – краткое и последовательное изложение содержания прочитанного.

Конспект – сложный способ изложения содержания книги или статьи в логической последовательности. Конспект аккумулирует в себе предыдущие виды записи, позволяет всесторонне охватить содержание книги, статьи. Поэтому умение составлять план, тезисы, делать выписки и другие записи определяет и технологию составления конспекта.

Требования по конспектированию:

6. Заглавия всех тем писать ярким, выделяющимся цветом.
7. Подзаголовки подчеркивать ярким цветом.
8. На каждой странице слева оставлять свободные поля (ширина полей до 1/3 ширины страницы) для записи даты конспектирования, заметок преподавателя и последующей проработки конспекта.
9. Весь текст разделять на абзацы. В каждом абзаце должна заключаться отдельная мысль. Абзац должен начинаться с «красной строки». Между абзацами оставлять чистую строку.
10. Главное, ключевое слово каждой отдельной мысли выделять подчеркиванием или иным способом.
11. Каждый учебный вопрос (по необходимости), тему каждого урока (обязательно) завершать обобщением (выводом), начиная словами: итак, таким образом или вывод.
12. Тетрадь для конспектов должна быть достаточно объемной (оптимальное количество листов – 96).
13. Несколько листов в конце тетради следует отвести для справочного материала.
14. В тетради для конспектов недопустимы посторонние записи, рисунки, чертежи и наклейки, не относящиеся к изучаемому предмету.
15. Следует помнить: конспект в значительной степени отражает возможности, способности и даже характер студента, его отношение к предмету обучения; он является не только отчетным учебным документом, но и источником знаний, индивидуальным учебником.

Приложение 4

Методические рекомендации по составлению графологических структур (схем)

1. Просмотрите внимательно содержание учебного материала по учебнику, лекции.
2. Внимательно изучите материал, выписывая из него основные понятия.
3. Еще раз прочитайте текст с целью нахождения связей между понятиями.
4. Постройте логическую структуру, включающую выбранные вами понятия с учетом взаимодействия между ними. Если удается найти обобщающие понятия, то врезультате построения логической схемы, получится иерархическая структура (дерево). Если одни понятия вытекают из других, то можно установить причинно-следственные связи и построить логические цепочки.
5. Сверьте полученную логическую структуру, прочитав текст еще раз.

Требования к составлению логических схем:

• простота (минимальное количество схемных элементов и их связей)
• целевая и смысловая значимость элементов и связей и их иерархическое расположение (основные, вспомогательные и т. д.)
• наглядность схемы (цветовое решение и т.д.)

Приложение 5

Методические рекомендации по написанию реферата

Реферат – это самостоятельная учебно-исследовательская работа обучающегося, где автор раскрывает суть исследуемой проблемы, приводит различные точки зрения, а также собственные взгляды на нее. Содержание материала должно быть логичным, изложение материала должно носить проблемно-поисковый характер.

Написание реферата практикуется в учебном процессе в целях приобретения студентом необходимой профессиональной подготовки, развития умения и навыков самостоятельного научного поиска: изучения литературы по выбранной теме, анализа различных источников и точек зрения, обобщения материала, выделения главного, формулирования выводов и т. п. С помощью рефератов студент глубже постигает наиболее сложные проблемы курса, учится лаконично излагать свои мысли, правильно оформлять работу, докладывать результаты своего труда. Подготовка рефератов способствует формированию общей и профессиональной культуры у будущего специалиста, закреплению у него специальных знаний, развитию умения самостоятельно анализировать, вести полемику.

Этапы работы над рефератом

1. Формулирование темы. Тема должна быть не только актуальной по своему значению, но оригинальной, интересной по содержанию.
2. Подбор и изучение основных источников по теме (как правило, не менее 3-5).
3. Составление библиографии в соответствии с ГОСТом.
4. Обработка и систематизация информации.
5. Разработка плана реферата.
6. Написание реферата.
7. Публичное выступление с результатами исследования на семинарском занятии, заседании предметного кружка, студенческой научно-практической конференции.)

Содержание работы должно отражать

• знание современного состояния проблемы;
• обоснование выбранной темы;
• использование известных результатов и фактов;
• полноту цитируемой литературы, ссылки на работы ученых, занимающихся данной проблемой;
• актуальность поставленной проблемы;
• материал, подтверждающий научную либо практическую значимость.

Структура реферата

1. Титульный лист. На нем студент указывает название училища: Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего профессионального образования Московской области «Дмитровское медицинское училище (техникум)», полное наименование темы реферата, свои фамилию, имя, отчество, номер группы, в которой он учится, а также (должность), фамилию и инициалы научного руководителя, а в самом конце — место и дату написания работы.

2. План (простой или развернутый с указанием страниц реферата) должен быть составлен таким образом, чтобы он раскрывал название работы.

3. Введение, в котором кратко обосновывается актуальность, научная и практическая значимость избранной темы

4. Основная часть, которая может быть разбита на главы и параграфы, содержит суть проблемы и пути ее решения,

5. Заключение, где формулируются выводы, оценки, предложения.

6. Литература указывается по правилам составления библиографических описаний.

7. Приложения это часть текста, которая имеет дополнительное (справочное) значение, но является необходимой для более полного освещения темы. Приложений может быть несколько. В приложения могут быть вынесены копии подлинных документов, отдельные пункты из приказов, инструкций, статистические данные по заболеваемости, ассортимент с указанием полной информации о лекарственных средствах, схемы, таблицы, карты, фотодокументы и т.д.

Защита реферата

Изложение материала должно быть кратким, точным, последовательным. Необходимо употреблять термины, свойственные науке, избегать непривычных или двусмысленных понятий и категорий, сложных грамматических оборотов. Термины, отдельные слова и словосочетания допускается заменять принятыми текстовыми сокращениями, смысл которых ясен из контекста. Рекомендуется включать в реферат схемы и таблицы, если они помогают раскрыть основное содержание проблемы и сокращают объем работы.

Объем реферата — от 5 до 10 машинописных страниц.

На выступление дается примерно 10-15 минут, поэтому обучающийся дома заблаговременно составляет расширенный план-конспект устного доклада (с кратким изложением реферата).

Докладчику в процессе устной защиты реферата важно ответить на вопросы: Как называется реферат? Из каких элементов состоит его структура (структура реферата – его план)? О чём говорится в каждом разделе его структуры? Например, во «Введении» - в чём заключается актуальность научной проблемы, в чём заключаются цель и задачи реферата? Какие источники использовал автор при написании своего реферата (дать краткую характеристику раздела – «Литература»)?

Особое внимание следует уделить оформлению научно-справочного аппарата и, прежде всего подстрочных сносок (внизу страницы, под чертой). Сноска должна быть полной: с указанием фамилии и инициалов автора, названия книги, места и года ее издания, страницы, с которой взята цитата или соответствующее положение. Для статей из журналов, сборников указывают фамилию и инициалы автора, название статьи, затем название журнала или сборника статей с указанием года издания и номера (или выпуска). При ссылке на газетную статью кроме названия и года издания указывают дату. Оформляя нормативные источники, необходимо указывать полное и точное название нормативного акта, дату его принятия и редакции, а также изменений и дополнений. При этом обязательными являются название, год, номер и статья официального издания, где был опубликован нормативный акт.

Текст полностью написанной и оформленной работы подлежит тщательной проверке. Ошибки и описки, как в тексте, так и в цитатах и в научно-справочном аппарате отрицательно сказываются на оценке.

Содержание реферата студент докладывает на семинаре, уроке, научной конференции. Предварительно подготовив тезисы доклада, студент в течение 10 – 15 минут должен кратко изложить основные положения своей работы. После доклада автор отвечает на вопросы, затем выступают оппоненты, которые заранее познакомились с текстом реферата, и отмечают его сильные и слабые стороны. На основе обсуждения студенту выставляется соответствующая оценка.

Приложение 6

Методические рекомендации по подготовке доклада (сообщения)

Доклад – вид самостоятельной работы, используется в учебных и внеаудиторных занятиях, способствует формированию навыков исследовательской работы, расширяет познавательные интересы, приучает критически мыслить. При написании доклада по заданной теме составляют план, подбирают основные источники. В процессе работы с источниками, систематизируют полученные сведения, делают выводы и обобщения.

Подготовка доклада требует от обучающегося большой самостоятельности и серьезной интеллектуальной работы, которая принесет наибольшую пользу, если будет включать с себя следующие этапы:

• изучение наиболее важных научных работ по данной теме, перечень которых, как правило, дает сам преподаватель;
• анализ изученного материала, выделение наиболее значимых для раскрытия темы доклада фактов, мнений разных ученых и научных положений;
• обобщение и логическое построение материала доклада, например, в форме развернутого плана;
• написание текста доклада с соблюдением требований научного стиля.

Построение доклада включает три части: вступление, основную часть и заключение. Во вступлении указывается тема доклада, устанавливается логическая связь ее с другими темами или место рассматриваемой проблемы среди других проблем, дается краткий обзор источников, на материале которых раскрывается тема, и т.п. Основная часть должна иметь четкое логическое построение, в ней должна быть раскрыта тема доклада. В заключении обычно подводятся итоги, формулируются выводы, подчеркивается значение рассмотренной проблемы и т.п.

Алгоритм подготовки доклада (сообщения):

1. Перед подготовкой доклада, сообщения необходимо внимательно прочитать материал учебника по заданной теме.
2. Составить план своего рассказа.
3. Подобрать дополнительную литературу по данной теме.
4. Сообщение должно соответствовать теме и достаточно полно ее раскрывать.
5. Изложение материала должно быть последовательным, не должно содержать лишних фактов, не относящихся к теме.
6. Рекомендуется использование наглядного материала.
7. В конце доклада, сообщения должны быть сделаны выводы.

Приложение 7

Методические рекомендации по написанию эссе

Эссе – литературное произведение (связный текст), отражающее позицию автора по какому-либо актуальному вопросу (проблеме). Эссе также может быть написано на спорную тему (аргументированное эссе): в этом случае автор защищает свои некий тезис относительно которого можно привести доводы «за» и «против».

Цели аргументированного эссе

• Убедить аудиторию в определенной точке зрения и склонить ее на свою сторону. В этом случае особое внимание уделяется контраргументации противоположной позиции.
• Сформировать систему аргументов, обосновывающих предпочтительность позиции, выбранной автором.

В ходе написания эссе автор ведет своего рода диалог с предполагаемым читателем (оценивает предположения, подбирает утверждения и доказательства, выявляет скрытые аргументы и противоречия) по ходу которого обосновывает, почему одна точка зрения является более предпочтительной, чем другая (другие). Автор может исходить из того, что читатель изначально может не соглашаться с его мнением.

Эссе включает в себя следующие элементы.

Введение: в нем формируется тема, обосновывается ее актуальность, раскрывается расхождение во мнении, обосновывается структура рассмотрения темы, осуществляется переход к основному суждению.

Основная часть: представляются суждения (аргументы), которые выдвигает автор (обычно 2-3), определяются основные понятия, используемые при выдвижении суждений доказательства и поддержки (факты и примеры), рассматриваются контраргументы или противоположные суждения (необходимо показать, почему они слабы, а утверждение автора остается в силе).

Заключение: повторяется основное суждение, резюмируются аргументы в защиту основного суждения (одно - два предложения), формулируется общее предупреждение о последствиях непринятия выдвигаемого суждения, даётся общее заключение о полезности данного утверждения.

Планируя эссе, четко определите:

- цель (мнение по актуальной проблеме или аргументация позиции);

- аудиторию (кто потенциальный читатель, к кому Вы обращаетесь);

- основные идеи, которые Вы будете обосновывать;

- форму представления идей (аналогии, ассоциации, предположения, рассуждения, суждения, аргументы, выводы и т.д.);

- способ изложения, только автор может определить, какой способ изложения подходит больше всего для раскрытия эссе – в этом заключается творческий и индивидуальный характер зачетной работы.

Критерии оценивания.

1. Сопряженность темы с заявленной проблематикой.

2. Обоснованность актуальности рассматриваемой проблемы (авторской точки зрения).

3. Наличие аргументации и фактологических поддержек (цитаты, факты, статистические данные, примеры из практики и т.д.).

4. Четкость выводов и заключений.

Объем эссе должен быть не более 3 страниц.

Приложение 8

Алгоритм работы с документом

1. Кто автор документа? Кто, кроме автора, участвовал в подготовке документа? Что вы знаете об этих людях? Что дополнительно вы смогли узнать об авторах из изучаемого документа?
2. Когда был написан или создан документ? Как это можно понять из его содержания? Какое значение имеет время написания документа?
3. Где произошли события, о которых говорится в изучаемом документе? Как это можно понять из его содержания? Какое значение имеет место, в котором произошли описываемые в документе события?
4. Какие факты приведены в документе? Какие выводы можно из них извлечь?
5. Почему был создан документ? Каков повод для его создания? Причины, по которым произошли описанные в документе события?
6. Как изучаемый документ помог вам узнать больше об историческом событии, к которому он относится?

Приложение 9

Памятка на сравнение событий или явлений

1. Проанализируйте события или явления, выделите линии сравнения.
2. Определите черты сходства и различия.
3. Если возможно, выделите этапы в явлении, определите, что изменилось в этапах, а что осталось без изменений.
4. Сделайте вывод из произведенного сравнения.
5. Свои действия можете оформить в текстовую таблицу.

Приложение 10

Алгоритм создания глоссария

1. Для начала необходимо создать таблицу из трёх столбцов

№ п/п          Термин          Понятие

2. Далее следует составить список наиболее часто встречающихся терминов по дисциплине (по алфавиту или темам)

3. После этого необходимо найти точное понятие термина

Глоссарий оформляется на листе А4, шрифт Times New Roman, 14 пт, междустрочный интервал — 1,0.

При составлении глоссария важно придерживаться следующих правил:

• отобранные термины должны отражать содержание дисциплины;
• общее количество отобранных терминов должно составлять не менее 200 единиц.

Также необходимо предоставить печатный вариант глоссария на листах формата А4 в папке-скоросшивателе.

Критериями для оценивания составленного студентами глоссария являются соответствие терминов содержанию дисциплины; полнота глоссария; соблюдение требований при оформлении глоссария.

Приложение 11

Методические рекомендации по составлению схем и таблиц

Схемы

Визуализация информации — представление числовой и текстовой информации в виде графиков, диаграмм, структурных схем, таблиц, карт и т.д.

Параметры оценки заданий на составление хронологических таблиц и опорно-логических схем: точность и лаконичность формулировок, ответов, необходимых для занесения в таблицы; убедительные, аргументированные предложения по решению выделенных проблем; собственная позиция по данным вопросам.

Составление опорной схемы-коллажа по материалам лекций

Коллаж – это схематически фиксированное отображение некоторой части предметного содержания, объединенное ключевым понятием или проблемой.

Существуют различные типы коллажей:

1) «солнечная система» в центре которой – «ядро» с ключевым понятием и «лучами» – дополнительной информацией;

2) «слепое пятно», где часть информации заполнена, а часть – нет;

3) «вспышка», где заполняется как ядро, так и лучи и некоторые другие.

Лекция №1

Тема «Введение в дисциплину «Экология»»

План лекции:

1. Введение в дисциплину.
2. История развития экологии как науки.
3. Структура современной экологии.
4. Методы исследования.
5. Роль и значение предмета экология.

Основные понятия и определения:

1. Экология.
2. Экосистемы.
3. Валеология.

Текст лекции

1. Введение в дисциплину.

Термин «экология» ввел известный немецкий зоолог Э. Геккель в 1866 году, который в своих трудах «Всеобщая морфология организмов» (1866) и «Естественная история миротворения» (1868) впервые попытался дать определение сущности новой науки,  где предложил назвать экологией раздел зоологии об отношениях между живыми организмами и окружающей средой. По Геккелю, экология представляет собой науку о «домашнем быте» живых организмов, она призвана исследовать «все те запутанные взаимоотношения, которые Дарвин условно обозначил как борьбу за существование».

Слово «экология» происходит от греческого oikos, что означает «жилище», «местопребывание», «убежище».

Изначально экология развивалась как составная часть биологической науки.

Экология как наука сформировалась лишь в середине прошлого столетия, после того, как были накоплены сведения о многообразии живых организмов на Земле, об особенностях их образа жизни. Возникло понимание, что не только строение и развитие организмов, но и взаимоотношения их со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые заслуживают специального и тщательного изучения.

Экология - это наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей их неорганической природой, в которой они обитают, о связях в надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем.

Особенно большое значение в последнее время уделяется проблемам взаимоотношения человека с окружающей средой. Это связано с резким усилением взаимного отрицательного влияния человека и среды в связи с негативными последствиями научно-технического прогресса.

В настоящее время экология не ограничивается рамками биологической дисциплины, она превратилась в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие взаимоотношения человека с окружающей средой. Современная экология - комплексная дисциплина, которая объединяет основы нескольких наук (биологии, химии, физики, социологии, географии, геологии и др.).

Объектами экологии являются преимущественно системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем:

- популяция - группа организмов, относящихся к одному или сходным видам и занимающих определенную территорию;

- экосистема, включающая биотическое сообщество (совокупность популяций на рассматриваемой территории) и среду обитания;

- биосфера - область распространения жизни на Земле.

Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

Основной, традиционной, частью экологии как биологической науки является общая экология, или биоэкология, которая изучает взаимоотношения живых систем разных рангов (организмов, популяций, экосистем) со средой и между собой.

Цели и задачи современной экологии.

Одной из главных целей современной экологии как науки является изучение основных закономерностей и развитие теории рационального взаимодействия в системе «человек — общество — природа», рассматривая человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Главнейшая цель современной экологии на данном этапе развития человеческого общества — вывести Человечество из глобального экологического кризиса на путь устойчивого развития, при котором будет достигнуто удовлетворение жизненных потребностей нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих поколении.

Для достижения этих целей экологической науке предстоит решить ряд разнообразных и сложных задач.

Задачи экологии весьма многообразны.

В теоретическом плане к ним относятся:

• разработка общей теории устойчивости экологических систем,
• изучение экологических механизмов адаптации к среде,
• исследование регуляции численности популяций,
• изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;
• исследование продукционных процессов,
• исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости,
• моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время, следующие:

• прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека,
• улучшение качества окружающей природной среды,
• сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов,
• оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее неблагополучных районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Таким образом, экология становится одной из важнейших наук будущего.

Окружающая нас живая среда не является беспорядочным и случайным сочетанием живых существ. Она представляет собой устойчивую и организованную систему, сложившуюся в процессе эволюции органического мира. Любые системы поддаются моделированию, т.е. можно предсказать, как та или иная система отреагирует на внешнее воздействие. Системный подход — основа изучения проблем экологии.

2. История развития экологии как науки

В истории развития экологии как науки можно выделить несколько основных этапов.

На 1-м этапе развития экологии главным было изучение и описание природы. В 1870—1879 гг. французский исследователь Жан Анри Фабер написал труд "Энтомологические воспоминания", в котором рассказал о жизни насекомых; описал среду их обитания, их отношения, симбиоз, конкуренцию с другими видами.

Исследования ученых середины 20-х гг. приводят к изучению сообществ. Ученые стремились открыть законы динамики популяции как переплетение взаимоотношений живых существ друг с другом и с условиями неживой природы.

На 2-м этапе экология изучает экосистему. Впервые этот термин употребил Артур Джордж Тенсли в 1935 г., а несколько позже, в 1942 г., Раймонд Линдерман разработал принципы изучения экосистемы, через которую протекает энергия и цикл питания по всем ее живым и неживым компонентам.

По определению Ф. Кастри (1981 г.), экосистема понимается "как система, четко обозначенная в пространстве и во времени, в которую включены не только организмы, обитающие в ней, но и физические условия климата, почвы, равно как и взаимодействия между разными организмами и между последними и физическими условиями".

Так было положено начало определению экосистемы, как основной единицы измерения экологии.

При этом следует подчеркнуть, что на втором этапе развития экология все более сосредотачивается на измерении экосистемы как функционального сообщества, состоящего из взаимодействующих организмов и всех аспектов окружающей среды в любой специфической области. Это позволяет определить экосистему как живое сообщество вместе с окружающей ее мертвой физической средой, которые обладают равновесием, взаимозависимостью, а также обусловлены изменениями энергии и материи.

Для того чтобы отношения между разными формами жизни и жизненной средой были стабильны, должна существовать цепь питания, обеспечивающая энергию, необходимую для существования живых организмов. Цепь питания начинается с низших и ведет к высшим видам, а число особей уменьшается от основания к верху.

Таким образом, в экосистему, кроме живых организмов и физических условий (климат и почва), включены все взаимодействия между различными организмами, физическими условиями и между теми и другими.

На 3-м этапе развития экологии главное внимание уделяется изучению взаимовлияний экосистем. Следует указать, что трудно провести границу между отдельными экосистемами (лес, поля, луга, реки, озера и т. д.), так как они взаимосвязаны. Экосистемы обладают естественной потребностью к саморегуляции, т. е. могут устранять нарушение равновесия, вызванное различными внешними и внутренними воздействиями.

4-й этап в развитии экологии — это изучение биосферы — среды обитания всех живых существ, в том числе и человека. Биосфера представляет собой единство всех экосистем на Земле, где все они взаимосвязаны. В биосфере происходит круговорот материи через цепи питания, можно сказать, что в биосфере каждый ест и каждый бывает съеден.

На 5-м этапе экология сделала акцент на изучении положения человека в биосфере.

Человек в процессе эволюции, создав специфическую культурную среду обитания, остался все же частью природы.

Человек своим трудом меняет природу, влияя на жизненные сообщества, членом которых он является. Поэтому все, что человек производит (и чего в природе нет), может быть вредным для других существ (например, добыча нефти, газа и их потери).

Игнорирование этого принципа, как показывает опыт, особенно в последние 30 лет, приводит к нарушению экологического равновесия, подвергая опасности не только растения и животных, но и все человечество (испытания атомных и водородных бомб, локальные войны, катастрофы и т. д.).

Сегодня Россия переживает экологический кризис: около 15% территории фактически являются зонами экологического бедствия; 85% населения дышат воздухом, загрязненным существенно выше ПДК. Растет число «экологически обусловленных» заболеваний. Наблюдается деградация и сокращение природных ресурсов.

Аналогичное положение сложилось и в других странах мира. Вопрос о том, что произойдет с человечеством в случае деградации природных экологических систем и утраты биосферой способности поддерживать биохимические циклы, становится одним из наиболее актуальных.

Современная экология представляет собой разветвленную систему наук.

2. Структура современной экологии.

Классификация структур экологии:

1.Глобальная (всеобщая) экология.

2. Классическая (биологическая) экология.

3. Геоэкология.

4. Экология человек (антропоэкология).

5. Социальная экология.

6. Прикладная экология.

7. Валеология.

8. Синтетическая эволюционная экология.

Глобальная (всеобщая) экология  рассматривает особенности взаимодействия природы и общества в рамках всего Земного шара, в том числе глобальные экологические проблемы (потепление климата планеты, сокращение площади лесов, опустынивание, загрязнение среды обитания живых организмов и т. п.).

На основе общей экологии появились новые дисциплины:

• экологическая морфология,
• экологическая физиология,
• экологическая систематика,
• экологическая генетика,
• эволюционная экология,
• биохимическая экология.

Классическая (биологическая) экология исследует связи между живыми системами (организмами, популяциями, сообществами) и условиями их обитания, как в настоящее время, так и в прошлом (палеоэкология):

• аутэкология (исследует индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой),
• популяционная экология (демоэкология) (изучает структуру и динамику популяций отдельных видов),
• эйдэкология (экологию видов),
• синэкология (биоценологию) (изучает взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой),
• биогеоценология (или учение об экосистемах),
• глобальная экология (экология биосферы).

В соответствии с крупнейшими систематическими категориями органического мира биоэкологию подразделяют на:

• экологию микроорганизмов,
• экологию грибов,
• экологию растений,
• экологию животных.

Внутри этих систематических категорий существует более детальное расчленение — по изучению определенных таксономических групп, например:

• экология птиц,
• экология насекомых,
• экология крестоцветных,
• экология отдельных видов и т.д.

Геоэкология изучает биосферные оболочки Земли, в том числе подземную гидросферу, как компоненты окружающей среды, минеральную основу биосферы и происходящие в них изменения под влиянием природных и техногенных процессов.

Подразделяется по средам жизни, экологическим компонентам и регионам на:

• региональную экологию,
• экологию суши,
• экологию океана (моря),
• экологию континентальных вод,
• экологию гор,
• экологию островов,
• экологию морских побережий,
• экологию лиманов,
• экологию эстуариев,
• экологию тундр,
• экологию арктических пустынь,
• экологию леса,
• экологию степей,
• экологию пустынь и так далее.

Экология человек (антропоэкология) – это комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как биологической особи и личности с окружающей его природной, социальной и культурной средами:

• экология города,
• экология народонаселения,
• историческая экология,
• экология духа.

Социальная экология объясняет и прогнозирует основные направления развития взаимодействия общества с природной средой:

• историческая экология,
• экология культуры,
• экология и экономика,
• экология и политика,
• экология и мораль,
• экология и право,
• экологическая информатика и т.п.

Одним из направлений, связанных с социальной экологией, является прикладная экология.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов:

• экология природно-технических геосистем (ПТГС),
• сельскохозяйственная экология (изучает способы получения сельскохозяйственной продукции без истощения ресурсов почвы при сохранении окружающей среды),
• экологический менеджмент,
• промышленная (инженерная) экология (изучает влияние выбросов предприятий на окружающую среду и возможности уменьшения этого влияния путем совершенствования технологий и очистных сооружений),
• технологическая экология,
• промысловая экология,
• химическая экология,
• рекреационная экология,
• медицинская экология (изучает болезни человека, связанные с загрязнением окружающей среды),
• природопользование и охрана природы,
• математическая экология (моделирует экологические процессы, т.е. изменения в природе, которые могут произойти при изменении экологических условий),
• экономическая экология (разрабатывает экономические механизмы рационального природопользования и охраны окружающей среды),
• юридическая экология (разрабатывает систему законов, направленных на защиту природы),
• инженерная экология (сравнительно новое направление экологической науки, изучает взаимодействия техники и природы, закономерности формирования региональных и локальных природно- технических систем и способы управления ими в целях защиты природной среды и обеспечения экологической безопасности. Она обеспечивает соответствие техники и технологии промышленных объектов экологическим требованиям).

Научную основу прикладной экологии составляет система общеэкологических законов, правил и принципов.

Валеология – это одно из новых самостоятельных ответвлений экологии человека –  наука о качестве жизни и здоровье.

Синтетическая эволюционная экология – это новая научная дисциплина, включающая частные направления экологии — общую, био-, гео- и социальную.

4. Методы исследования.

Экология, как любая наука использует разнообразные методы исследований. В экологии этих методов очень много, так как экология - это междисциплинарная наука, которая базируется, кроме биологических основ, на основах географических, технических, экономических и социальных наук, математических, медицинских, метеорологических и т.д.. В связи с этим в экологии используются как общие методы, которые нашли свое применение во многих науках, так и специфические, которые обычно используются только в экологии.

Все экологические методы можно разделить на три основные группы:

1. Методы, с помощью которых собирается информация о состоянии экологических объектов: растений, животных, микроорганизмов, экосистем, биосферы,

2. Обработки полученной информации, свертывание, сжатия и обобщения,

3. Методы интерпретации полученных фактических материалов.

В экологии используются следующие методы исследований: химические, физические, биологические, методы экологической индикации, метеорологические, метод экологического мониторинга, мониторинг бывает локальным, региональным или глобальным.

Полевые экологические исследования обычно подразделяются на маршрутные, стационарные, описательные и экспериментальные.

- Маршрутные методы используются для выяснения присутствия тех или иных жизненных форм организмов, экологических групп, фитоценозов и т. п., их разнообразия и встречаемости на исследуемой территории. Основными приемами являются: прямое наблюдение, оценки состояния, измерение, описание, составление схем и карт.

- К стационарным методам относятся приемы длительного (сезонного, круглогодичного или многолетнего) наблюдения за одними и теми же объектами, требующие неоднократных описаний, замеров, измерений наблюдаемых объектов. Стационарные методы включают полевые и лабораторные методики. Характерным примером стационарного метода является мониторинг (наблюдение, оценка, прогноз) состояния окружающей среды.

- Описательные методы являются одними из основных в экологическом мониторинге. Прямое, непосредственное наблюдение за изучаемыми объектами, фиксирование динамики их состояния во времени и оценка регистрируемых изменений позволяют прогнозировать возможные процессы в природной среде.

- Экспериментальные методы объединяют различные приемы прямого вмешательства в обычное, естественное состояние исследуемых объектов. Производимые в эксперименте наблюдения, описания и измерения свойств объекта обязательно сопоставляются с его же свойствами в условиях, не задействованных в эксперименте (фоновый эксперимент).

- В последнее время широкое распространение получил метод моделирования экологических явлений, т. е. имитация в искусственных условиях различных процессов, свойственных живой природе. Так, в "модельных условиях" были осуществлены многие химические реакции, протекающие в растении при фотосинтезе. В некоторых областях биологии и экологии широко применяются так называемые "живые модели". Несмотря на то, что различные организмы отличаются друг от друга, многие физиологические процессы в них протекают практически одинаково. Поэтому изучать их удобно на более простых существах. Они-то и становятся живыми моделями. Например, в качестве модели для изучения обмена веществ может служить зоохлорелла - одноклеточные микроскопические водоросли, которые быстро размножаются в искусственных условиях, а для исследования внутриклеточных процессов используются гигантские растительные и животные клетки и т. д.

- В настоящее время все шире используется компьютерное моделирование экологических ситуаций.

5. Роль и значение предмета экология.

На современном этапе развития экология обязана изучать не только связи организмов и законы функционирования надорганизменных систем, но и обосновывать рациональные формы взаимоотношений природы и человеческого общества. Растет социальная роль экологических знаний. Основные цели развития фундаментальных исследований в области экологии определяются острыми народнохозяйственными проблемами: необходимостью интенсифицировать производство и повышать экономическую эффективность использования природных ресурсов, сохраняя при этом состояние окружающей среды. На первый план выдвигаются вопросы биологической продуктивности и стабильности природных и искусственных сообществ. Эти проблемы могут быть решены только совместными усилиями экологов всех стран, поэтому широко реализуется международное сотрудничество в области глобальной экологии. В настоящее время ясно осознана опасность экологического кризиса, возможности катастрофических неравновесных преобразований планетарной системы в связи с широкой экстенсивной хозяйственной деятельностью человека. Возможности предотвращения этого кризиса могут быть найдены только на основе развития экологических знаний. Действенная сила экологических знаний помогает правильно эксплуатировать природные ресурсы, управлять численностью популяций, находить новые решения сельскохозяйственных проблем, новые принципы организации промышленных производств.

В 1974году американский биолог Барри Коммонер, обобщив положения биоэкологии и социальной экологии, сформулировал четыре основных закона экологии, называемых иногда «экологическими поговорками» и широко используемых в настоящее время в популярной и учебной экологической литературе:

1. Все взаимосвязано со всем.

2. Все должно куда-то деваться.

3. Природа знает лучше.

4. Ничто не дается даром.

Эти законы должны учитываться при рациональном природопользовании и вообще при любой деятельности человека на Земле и в Космосе.

Известный английский философ Герберт Спенсер (1820—1903)писал: «Никакие законы человеческие не могут иметь действительного значения, если они противны законам природы». Потому именно синтез природного и общественного, если людям удается его реализовать, станет характерной чертой цивилизации наступающего XXI века.

Вопросы: (для контроля знаний)

1. Дайте определение предмету «Экология». Назовите, когда и кто впервые ввел термин "экология".
2. Назовите основные цели и задачи экологии.
3. Определите предмет общей экологии.
4. Перечислите отрасли экологии.
5. Обозначьте основные экологические проблемы современности.

Список используемых источников:

1. http://nsportal.ru/sites/default/files/2016/01/08/lektsii_ekologiya.docx
2. http://www.studfiles.ru/preview/5866138/page:3/
3. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=471
4. http://www.studfiles.ru/preview/1491660/

Лекция №2

Тема «Организация жизни на Земле. Среда обитания и факторы среды.»

План лекции:

1. Организация жизни на Земле.
2. Признаки живой материи.
3. Среды обитания (жизни).
4. Факторы среды.

Основные понятия и определения:

1. Уровень организации живой материи.
2. Среда обитания организма.
3. Экологические факторы.
4. Абиотические факторы.
5. Биотические факторы.
6. Антропогенные факторы.

Текст лекции

1. Уровни организации жизни на Земле.

Иерархичность организации живой материи позволяет условно подразделить ее на ряд уровней. Уровень организации живой материи – это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого. Выделяют следующие уровни организации живой материи: молекулярный, субклеточный, клеточный, органно-тканевой, организменный, популяционно-видовой, биоценотический, биогеоценотический, биосферный.

1. Молекулярный (молекулярно-генетический). На этом уровне живая материя организуется в сложные высокомолекулярные органические соединения, такие, как белки, нуклеиновые кислоты и др.

Он включает в себя:

• Химический состав клеток: органические и неорганические вещества,
• Обмен веществ (метаболизм): процессы диссимиляции и ассимиляции,
• поглощение и выделение энергии.

Молекулярный уровень затрагивает все биохимические процессы, которые происходят внутри любого живого организма — от одно- до многоклеточных.

Этот уровень сложно назвать «живым». Это скорее «биохимический» уровень — поэтому он является основой для всех остальных уровней организации живой природы. Поэтому именно он лег в основу классификации Живой природы на царства  - какое питательное вещество является основным у организма: у животных — белок, у грибов — хитин, у растений это - углеводы.

Науки, которые изучают живые организмы именно на этом уровене:

2. Субклеточный (надмолекулярный). На этом уровне живая материя организуется в органоиды: хромосомы, клеточную мембрану, эндоплазматическую сеть, митохондрии, комплекс Гольджи, лизосомы, рибосомы и другие субклеточные структуры.

На этом уровне уже появляется термин «органоид».

• Органоиды клетки;

Наука – Цитология

3. Клеточный. На этом уровне живая материя представлена клетками. Клетка является элементарной структурной и функциональной единицей живого.

На этом уровне уже появляется термин «клетка» как «мельчайшая неделимая биологическая система».

• Обмен веществ и энергии данной клетки (разный в зависимости от того, к какому царству принадлежит организм);
• Органоиды клетки;
• Жизненные циклы — зарождение, рост и развитие и деление клеток

Науки, изучающие клеточный уровень организации:

Генетика и эмбриология изучают этот уровень, но это не основной объект изучения.

4. Тканевой. На этом уровне живая материя организуется в ткани. Ткань – совокупность клеток, сходных по строению и функциям, а также связанных с ними межклеточных веществ.

Этот уровень можно назвать «многоклеточным» — ведь ткань представляет собой совокупность клеток со сходным строением и выполняющих одинаковые функции.

Наука — Гистология

5. Органнный (ударение на первый слог). На этом уровне живая материя организуется в органы. Орган – часть многоклеточного организма, выполняющая определенную функцию или функции.

• У одноклеточных органы — это органеллы - есть общие органеллы — характерные для всех эукариотическихили прокариотических клеток, есть отличающиеся.
• У многоклеточных организмов клетки общего строения и функций объединены в ткани, а те, соответственно, в органы, которые, в свою очередь, объединены в системы и должны слаженно взаимодействовать между собой.

Тканевый и органный уровни организации — изучают науки:

6. Организменный (онтогенетический). На этом уровне живая материя представлена организмами. Организм (особь, индивид) – неделимая единица жизни, ее реальный носитель, характеризующийся всеми ее признаками.

На этом уровне идет деление Живой природы на царства — животных, растений и грибов.

Характеристики этого уровня:

• Обмен веществ (как на уровне организма, так и на клеточном уровне тоже )
• Строение (морфология) организма
• Питание (обмен веществ и энергии)
• Гомеостаз
• Размножение
• Взаимодействие между организмами (конкуренция, симбиоз и т.д.)
• Взаимодействие с окружающей средой

Науки:

7. Популяционно-видовой. На этом уровне живая материя организуется в популяции. Популяция – совокупность особей одного вида, образующих обособленную генетическую систему, которая длительно существует в определенной части ареала относительно обособленно от других совокупностей того же вида. Вид – совокупность особей (популяций особей), способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства и занимающих в природе определенную область (ареал).

Если несколько организмов схожи морфологически (проще говоря, одинаково устроены), и имеют одинаковый генотип, то они образуют один вид или популяцию.

Основные процессы на этом уровне:

• Взаимодействие организмов между собой (конкуренция или размножение)
• микроэволюция (изменение организма под действием внешних условий)

Науки, изучающие этот уровень:

8. Биоценотический. На этом уровне живая материя образует биоценозы. Биоценоз – совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории.

На этом уровне уже учитывается:

• Пищевое взаимодействие организмов между собой - пищевые цепи и сети
• Меж- и внутривидовое взаимодействие организмов — конкуренция и размножение

Наука, изучающая этот уровень – Экология.

9. Биогеоценотический. На этом уровне живая материя формирует биогеоценозы. Биогеоценоз – совокупность биоценоза и абиотических факторов среды обитания (климат, почва).

На этом уровне уже учитывается почти все:

• Пищевое взаимодействие организмов между собой - пищевые цепи и сети
• Меж- и внутривидовое взаимодействие организмов — конкуренция и размножение
• Влияние окружающей среды на организмы и, соответственно, влияние организмов на среду их обитания

Наука, изучающая этот уровень – Экология.

10. Биосферный. На этом уровне живая материя формирует биосферу. Биосфера – оболочка Земли, преобразованная деятельностью живых организмов. Это «высший» уровень организации жизни на Земле.

Он включает в себя:

• Взаимодействие, как живых, так и неживых компонентов природы
• Биогеоценозы
• Влияние человека — «антропогенные факторы»
• Круговорот веществ в природе

Наука, изучающая этот уровень – Экология.

2. Признаки живой материи.

Можно выделить признаки (свойства) живой материи, отличающие её от неживой.

1. Определенный химический состав. Живые организмы состоят из тех же химических элементов, что и объекты неживой природы, однако соотношение этих элементов различно. Основными элементами живых существ являются углерод С, кислород О, азот N и водород Н.

2. Клеточное строение. Все живые организмы, кроме вирусов, имеют клеточное строение.

3. Обмен веществ и энергозависимость. Живые организмы являются открытыми системами, они зависят от поступления в них из внешней среды веществ и энергии.

4. Саморегуляция (гомеостаз). Живые организмы обладают способностью поддерживать гомеостаз – постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов.

5. Раздражимость. Живые организмы проявляют раздражимость, то есть способность отвечать на определенные внешние воздействия специфическими реакциями.

6. Наследственность. Живые организмы способны передавать признаки и свойства из поколения в поколение с помощью носителей информации – молекул ДНК и РНК

7. Изменчивость. Живые организмы способны приобретать новые признаки и свойства.

8. Самовоспроизведение (размножение). Живые организмы способны размножаться – воспроизводить себе подобных.

9. Индивидуальное развитие (онтогенез). Каждой особи свойственен онтогенез – индивидуальное развитие организма от зарождения до конца жизни (смерти или нового деления). Развитие сопровождается ростом.

10. Эволюционное развитие (филогенез). Живой материи в целом свойственен филогенез – историческое развитие жизни на Земле с момента ее появления до настоящего времени.

11. Адаптации. Живые организмы способны адаптироваться, то есть приспосабливаться к условиям окружающей среды.

12. Ритмичность. Живые организмы проявляют ритмичность жизнедеятельности (суточную, сезонную и др.).

13. Целостность и дискретность. С одной стороны, вся живая материя целостна, определенным образом организована и подчиняется общим законам; с другой стороны, любая биологическая система состоит из обособленных, хотя и взаимосвязанных элементов.

14. Иерархичность. Начиная от биополимеров (белков и нуклеиновых кислот) и кончая биосферой в целом, все живое находится в определенной соподчиненности. Функционирование биологических систем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня.

3. Среды обитания (жизни).

Среда обитания организма — это совокупность абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить, приспосабливается к этим изменениям.

На Земле существует четыре основные среды обитания, освоенные и заселенные организмами.

1. водная,
2. наземно-воздушная,
3. почвенная,
4. организм как среда обитания.

Каждая из них имеет свои специфические условия жизни.

4. Экологические факторы среды.

Воздействие среды воспринимается организмами через посредство факторов среды, называемых экологическими.

Экологические факторы — это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

1. Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические.

• физические факторы — это те факторы, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура, если она высокая, вызовет ожог, если очень низкая — обморожение. На действие температуры могут повлиять и другие факторы: в воде — течение, на суше — ветер и влажность и т.п.
• химические факторы — это те факторы, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды если высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать (Мертвое море), но в то же время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т п.
• эдафические факторы, т е.почвенные, — это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т.е. те, для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Хорошо известно влияние химических компонентов (биогенных элементов), температуры, влажности, структуры почв, содержания гумуса и т.п. на рост и развитие растений.

Среди абиотических факторов довольно часто выделяют климатические (температура, влажность воздуха, ветер и др.) и гидрографические — факторы водной среды (вода, течение, соленость и др.).

Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические — в течение суток, сезона, по годам (температура, освещенность и др.).

Факторы, изменения которых во времени повторяются регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические — приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т.п.) называются непериодическими.

Подразделение факторов на периодические и непериодические имеет очень важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни.

2. Биотические факторы — совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания. В последнем случае речь идет о способности самих организмов в определенной степени влиять на условия обитания. Например, в лесу под влиянием растительного покрова создается особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создается свой температурно-влажностной режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом — прохладнее и влажнее. Особая микросреда создается также в дуплах деревьев, в норах, в пещерах и т.п.

Биотические взаимоотношения имеют чрезвычайно сложный и своеобразный характер и также могут быть прямыми и косвенными.

Антропогенные факторы— это все те формы деятельности человека, которые воздействуют на естественную природную среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т.д.), изменяя условия обитания живых организмов, или непосредственно влияют на отдельные виды растений и животных.

Вопросы: (для контроля знаний)

1. Перечислите уровни организации жизни на Земле.
2. Признаки отличия живой материи от неживой.
3. Укажите среды обитания жизни.
4. Какие факторы среды воздействуют на организмы.

Список используемых источников:

1. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=339
2. http://www.studfiles.ru/preview/5113921/
3. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=338

Лекция № 3

Тема «Общие закономерности действия факторов среды на организм. Приспособляемость организмов к средам жизни.»

План лекции:

1. Общие закономерности действия факторов среды на организм.
2. Характеристика основных экологических факторов:

А) Свет.

Б) Температура.

В) Вода.

Г) Рельеф.

Д) Эдафические (почвенно-грунтовые) экологические факторы.

3. Сравнительная характеристика сред обитания и адаптаций (приспособляемости) к ним живых организмов.

Основные понятия и определения:

Зона оптимума, зона пессимума, пределы выносливости, экологическая валентность, экологический спектр вида, лимитирующий (ограничивающий) фактор, экологической валентностью, условия жизни, условия существования, гелиофиты, сциофиты, факультативные гелиофиты, фотопериодизм, криофилы, термофилы, пойкилотермные организмы, гомойотермные организмы, гетеротермных организмов, гигрофиты, ксерофиты, мезофиты, гидрофиты, гидатофиты, суккуленты, склерофиты, пелагос, бентос, планктон, нектон, нейстон, перифитон, ацидофилы, нейтрофилы, базифилы, индифферентные виды, олиготрофы, эвтрофы, мезотрофы, галофиты, нитрофилы, литофиты, петрофиты, псаммофиты, геобионты, геофилы, геоксены,

Текст лекции

1. Общие закономерности действия факторов среды на организм.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд общих закономерностей.

Закон толерантности (закон оптимума или закон В. Шелфорда) – каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей (много «хорошо» – тоже «не хорошо»).

Факторы среды имеют количественное выражение. По отношению к каждому фактору можно выделить:

• зону оптимума (зону нормальной жизнедеятельности),
• зону пессимума (зону угнетения),
• пределы выносливости организма.

Оптимум – такое количество экологического фактора, при котором интенсивность жизнедеятельности организмов максимальна.

В зоне пессимума жизнедеятельность организмов угнетена.

За пределами выносливости существование организма невозможно. Различают нижний и верхний предел выносливости.

Способность живых организмов переносить количественные колебания действия экологического фактора в той или иной степени называется экологической валентностью (толерантностью, устойчивостью, пластичностью).

Значения экологического фактора между верхним и нижним пределами выносливости называется зоной толерантности. Виды с широкой зоной толерантности называются эврибионтными, с узкой – стенобионтными. Организмы, переносящие значительные колебания температуры, называются эвритермными, а приспособленные к узкому интервалу температур – стенотермными. Таким же образом по отношению к давлению различают эври- и стенобатные организмы, по отношению к степени засоления среды – эври- и стеногалинные, по отношению к питанию эври- и стенотрофы (применительно к животным используют термины эври- и стенофаги) и т.д.

Экологические валентности отдельных индивидуумов не совпадают. Поэтому экологическая валентность вида шире экологической валентности каждой отдельной особи.

Экологические валентности вида к разным экологическим факторам могут существенно отличаться. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.

Экологический фактор, количественное значение которого выходит за пределы выносливости вида, называется лимитирующим (ограничивающим) фактором.

2. Неоднозначность действия фактора на разные функции – каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма. Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания.

3. Разнообразие индивидуальных реакций на факторы сред – степень выносливости, критические точки, оптимальная и пессимальные зоны отдельных индивидуумов одного вида не совпадают. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами особей, так и половыми, возрастными и физиологическими различиями. Например, у бабочки мельничной огневки – одного из вредителей муки и зерновых продуктов – критическая минимальная температура для гусениц -7 °С, для взрослых форм -22 °С, а для яиц -27 °С. Мороз в -10 °С губит гусениц, но не опасен для имаго и яиц этого вредителя. Следовательно, экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи.

4. Относительная независимость приспособления организмов к разным факторам – степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот.

5. Несовпадение экологических спектров отдельных видов – каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношениях к каким либо-либо отдельным факторам.

6. Взаимодействие факторов – оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду.

7. Закон минимума (закон Ю. Либиха или правило ограничивающих факторов) – возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума. Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Так, продвижение вида на север может лимитироваться (ограничивается) недостатком тепла, в аридные районы – недостатком влаги или слишком высокими температурами. Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства.

8. Гипотеза незаменимости фундаментальных факторов (В. Р. Вильямсон) – полное отсутствие в среде полное отсутствие в среде фундаментальных экологических факторов (физиологически необходимых; например, света, воды, углекислого газа, питательных веществ) не может быть компенсировано (заменено) другими факторами. Так, по данным «Книги рекордов Гиннеса» без воздуха человек может прожить до 10 мин., без воды – 10–15 суток,  без пищи – до 100 дней.

В природе экологические факторы действуют совместно, то есть комплексно.

Условия жизни – это комплекс факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы организмов, включая нормальное развитие и размножение.

Условия существования – это условия, в которых размножения не происходит.

9. Правило соответствия условий среды генетической предопределенности организма. Вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его природная среда соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к ее колебаниям и изменениям. Каждый вид живого возник в определенной среде, в той или иной степени приспособился к ней и дальнейшее его существование возможно лишь в ней или близкой среде. Резкое и быстрое изменение среды жизни может привести к тому, что генетические возможности вида окажутся недостаточными для приспособления к новым условиям.

10. Правилу Бергмана (1848 г.). Связь размеров и пропорций тела животных с климатическими условиями их обитания: если два близких вида теплокровных животных отличаются размерами, то более крупный обитает в более холодном, а более мелкий – в теплом климате.

11. Правило Аллена (1877 г.). У многих млекопитающих и птиц северного полушария относительные размеры конечностей и различных выступающих частей тела (хвостов, ушей, клювов) увеличиваются к югу. Выступающие части имеют большую относительную поверхность, которая выгодна в условиях жаркого климата. У ряда млекопитающих, например, особое значение для поддержания теплового баланса имеют уши, снабженные, как правило, большим количеством кровеносных сосудов. Огромные уши африканского слона, пустынной лисички-фенека, американского зайца превратились в специализированные органы терморегуляции.

2. Характеристика основных экологических факторов

А) Свет.

При прохождении солнечной радиации через атмосферу около 19% поглощается облаками, водяными парами и т.д., 34% отражается обратно в космос, 47% достигает земной поверхности, из них 24% – прямая радиация и 23% – отраженные лучи. Растения связывают в ходе фотосинтеза в среднем около 1 % энергии.

В спектре солнечного света выделяют области, различные по своему биологическому действию:

1. Ультрафиолетовые лучи в небольших дозах необходимы живым организмам (бактерицидное действие, стимуляция роста и развития клеток, синтез витамина и т.д.), в больших дозах губительны из-за способности вызывать мутации, значительная часть ультрафиолетовых лучей отражается озоновым слоем.
2. Видимые лучи – основной источник жизни на Земле, дающий энергию для фотосинтеза.
3. Инфракрасные лучи – основной источник тепловой энергии. Для фотосинтеза наибольшее значение имеют красно-оранжевые и фиолетово-голубые лучи.

Для растений солнечный свет необходим, прежде всего, как источник энергии для фотосинтеза. По отношению к условиям освещенности растения делят на следующие экологические группы:

1. Гелиофиты (светолюбивые) – растения, обитающие в условиях хорошего освещения. Они имеют мелкие листья, сильно ветвящиеся побеги, значительное количество пигментов в листьях и др.
2. Сциофиты (тенелюбивые) – растения, плохо переносящие прямые солнечные лучи. Для них характерны крупные, тонкие листья, расположенные горизонтально, с меньшим количеством устьиц.
3. Факультативные гелиофиты (теневыносливые) – растения, способные обитать как в условиях хорошего освещения, так и в условиях затенения. Имеют переходные черты.

Для животных свет – это условие ориентации. Животные бывают:

• с дневным образом жизни,
• с ночным образом жизни,
• с сумеречным образом жизни.

Реакция организмов на продолжительность дня называется фотопериодизмом. Это очень важное приспособление, регулирующее сезонные явления у организмов. Изменение длины дня тесно связано с годовым ходом температуры, но в отличие от последней не подвержено случайным колебаниям. Фотопериодизм обусловливает такие сезонные явления, как листопад, перелеты птиц и т. п.

По отношению к продолжительности дня организмы (в основном растения) делят:

• короткодневные (обитатели низких широт; растения тропического происхождения переходят к цветению, когда продолжительность дня становится менее 12 ч. – георгины, хризантемы, просо, кукуруза и др.);
• длиннодневные (обитатели умеренных и высоких широт; для цветения нуждаются в длине дня 12 ч и выше – лен, рожь, овес, лук, морковь и др.).

Если день сокращается, виды начинают готовиться к зиме, если удлиняется– к активному росту и размножению. В этом случае для жизни организмов важен не сам фактор изменения длины дня и ночи, а его сигнальное значение, свидетельствующее о предстоящих глубоких изменениях в природе. Как известно, длина дня сильно зависит от географической широты. В северном полушарии на юге летний день значительно короче, чем на севере. Поэтому южные и северные виды по-разному реагируют на одну и ту же величину изменения дня: южные приступают к размножению при более коротком дне, чем северные.

Изучением закономерностей сезонного развития природы занимается особое направление экологии – фенология (наука о явлениях).

Согласно биоклиматическому закону Хопкинса (выведенному им применительно к условиям Северной Америки) сроки наступления различных сезонных явлений (фенодат) различается в среднем на 4 дня на каждый градус широты, на каждые 5° долготы и на 120 м высоты над уровнем моря, т.е. чем севернее, восточнее и выше местность, тем позже наступление весны и раньше – осени. Кроме того, фенологические даты зависят от местных условия (рельефа, экспозиции, удаленности от моря и т.п.). На территории Европы сроки наступления сезонных событий изменяются на каждый градус широты не на 4, а на 3 дня.

Б) Температура.

От температуры окружающей среды зависит температура организмов, а, следовательно, скорость всех химических реакций, составляющих обмен веществ. Повышение температуры увеличивает количество молекул, обладающих энергией активации. По правилу Вант-Гоффа, для большинства химических реакций при повышении температуры на каждые 10 °С скорость химической реакции возрастает в 2–4 раза. В основном живые организмы способны жить при температуре от 0 до +50 °С, что обусловлено свойствами цитоплазмы клеток. Верхним температурным пределом жизни является +120…+140 °С (близкие к нему значения температуры выдерживают споры, бактерии), нижним -190…273° С (переносят споры, семена, сперматозоиды).

По отношению к температуре организмы делят:

• криофилы (обитающих в условиях низких температур),
• термофилы (обитающих в условиях высоких температур).

Организмы могут использовать два источника тепловой энергии: внешний (тепловая энергия Солнца или внутреннее тепло Земли) и внутренний (тепло, выделяемое при обмене веществ).

В зависимости от того, какой источник преобладает в тепловом балансе, живые организмы делят:

• пойкилотермные,
• гомойотермные.

Пойкилотермные организмы – организмы с непостоянной внутренней температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры внешней среды. К ним относятся микроорганизмы, растения, беспозвоночные и низшие позвоночные животные. Температура их тела обычно на 1–2° С выше температуры окружающей среды или равна ей.

Гомойотермные организмы – организмы, способные поддерживать внутреннюю температуру тела на относительно постоянном уровне независимо от температуры окружающей среды. Это птицы и млекопитающие.

Если речь идет только о животных, то их еще называют холоднокровными и теплокровными соответственно. Среди гомойотермных организмов выделяют группу гетеротермных организмов – организмов, у которых периоды сохранения постоянно высокой температуры тела сменяются периодами ее понижения при впадении в спячку в неблагоприятный период года (суслики, сурки, ежи, летучие мыши и др.).

У живых организмов различают три механизма терморегуляции:

1. Химическая терморегуляция осуществляется путем изменения величины теплопродукции за счет изменения интенсивности обмена веществ.
2. Физическая терморегуляция связана с изменением величины теплоотдачи.
3. Этологическая (или поведенческая) терморегуляция заключается в избегании условий с неблагоприятными температурами.

Немаловажное значение для поддержания температурного баланса имеет отношение поверхности тела к его объему, т. к. в конечном счете масштабы продуцирования тепла зависят от массы животного, а теплообмен идет через его покровы (правило Бергмана и правило Аллена).

В) Вода.

Вода обеспечивает протекание в организме обмена веществ и нормальное функционирование организма в целом.

Одни организмы живут в воде, другие приспособились к постоянному недостатку влаги. Среднее содержание воды в клетках большинства живых организмов составляет около 70%. Вода в клетке присутствует в двух формах: свободной (95% всей воды клетки) и связанной (4–5% связаны с белками).

По отношению к воде среди живых организмов выделяют следующие экологические группы:

• гигрофилы (влаголюбивые), растений – гигрофиты;

• ксерофилы (сухолюбивые), растений – ксерофиты;
• мезофиллы (промежуточная группа), растений – мезофиты.

Гигрофиты – растения влажных местообитаний, не переносящие водного дефицита. К ним, в частности, относятся водные растения:

• гидрофиты – водные растения, целиком или большей своей частью погруженные в воду (например, рдест, кувшинка),
• гидатофиты – водные растения, прикрепленные к грунту и погруженные в воду только нижними частями (например, тростник).

Ксерофиты – растения сухих местообитаний, способные переносить перегрев и обезвоживание. К ним относятся:

• суккуленты – ксерофитные растения с сочными, мясистыми листьями (например, алоэ) или стеблями (например, кактусовые), в которых развита водозапасающая ткань,
• склерофиты – ксерофитные растения с жесткими побегами, благодаря чему при водном дефиците у них не наблюдается внешней картины завядания (например, ковыли, саксаул).

Мезофиты – растения умеренно увлажненных местообитаний; промежуточная группа между гидрофитами и ксерофитами.

По типу местообитания и образу жизни водные организмы объединяются в следующие экологические группы (битопы):

• толща воды (пелагиаль), организмы получили названия пелагос.
• дно (бенталь), организмы получили названия бентос.

Среди пелагоса различают следующие формы организмов:

• планктон - организмы, в основном пассивно перемещающиеся за счет течения (фитопланктон и зоопланктон), различают:

• фитопланктон (одноклеточные водоросли),
• зоопланктон (одноклеточные животные, рачки, медузы и др.);

• нектон - активно передвигающиеся в воде животные (рыбы, амфибии, головоногие моллюски, черепахи, ластоногие, китообразные и др.);
• нейстон - микроскопические и мелкие организмы, обитающие у поверхности воды (личинки комаров, водомерки, ряска и др.);
• перифитон – организмы, прикрепленные к листьям и стеблям водных растений или другим выступам над дном водоема.

В пресных водоемах (озера, пруды, реки, болота и т.д.) подобная экологическая зональность не очень четко выражена. Нижняя граница жизни в пелагиали определяется глубиной проникновения солнечных лучей, достаточных для фотосинтеза и редко достигает глубины более 2000 м.

В бентали также выделяют особые экологические зоны жизни:

• зона плавного понижения суши (до глубины 200-2200 м);
• зона крутого склона, океаническое ложе (со средней глубиной 2800-6000 м);
• впадины океанического ложа (до 10000 м);
• кромка берега, заливаемая приливами (литораль).

Обитатели литорали живут в условиях обильного солнечного освещения при невысоком давлении, с частыми и значительными колебаниями температурного режима. Обитатели зоны океанического ложа напротив существуют в полной темноте, при постоянно низкой температуре, дефиците кислорода и при огромном давлении, достигающем почти тысячи атмосфер.

Г) Рельеф.

Рельефом (формами рельефа) называют совокупность неровностей земной поверхности разного масштаба. Различают выпуклые (положительные) формы рельефа и вогнутые (отрицательные) формы. Рельеф сформировался в результате взаимодействия внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) геологических процессов.

По размерам рельеф делят:

• Макрорельеф – формы рельефа с разностью высот от десятков до тысяч метров (горы, равнины, возвышенности, речные долины и др.).
• Мезорельеф – формы рельефа с разностью высот в пределах 10–20 м (холмы, лощины, долины, террасы, склоны разной крутизны, овраги, балки и др.).
• Микрорельеф – формы рельефа с разностью высот от нескольких сантиметров до 1 м (бугорки, западины, борозды, кочки, небольшие промоины и др.).

Рельеф оказывает косвенное воздействие на живые организмы, перераспределяя солнечную радиацию и осадки в зависимости от экспозиции и крутизны склонов. Так в северном полушарии на южных склонах произрастают более светолюбивые и теплолюбивые растения, чем на северных, в понижениях обитают более требовательные к влаге растения и т.д.

Д) Эдафические (почвенно-грунтовые) экологические факторы.

Важнейшими экологическими факторами, характеризующими почву как среду обитания, являются кислотность, содержание питательных элементов, содержание органических веществ, структура, плотность, засоленность, гранулометрический состав и др.

По отношению к кислотности почвы растения делят на следующие экологические группы:

• ацидофилы (растут на почвах с рН<6,7);
• нейтрофилы (рН=6,7–7,0);
• базифилы (рН>7,0);
• индифферентные виды (могут обитать на почвах с разным значением рН).

По отношению к содержанию питательных элементов в почве среди растений различают:

• олиготрофы (растения, довольствующиеся малым количеством зольных элементов),
• эвтрофы (нуждаются в большом количестве зольных элементов),
• мезотрофы (требуют умеренного количества зольных элементов).

По другим признакам среди растений выделяют группы:

• галофиты (растения засоленных почв),
• нитрофилы (растения, предпочитающие почвы, богатые азотом),
• литофиты,или петрофиты (растения каменистых почв),
• псаммофиты (растения песков).

По степени связи с почвой как средой обитания животных объединяют в три экологические группы:

• геобионты – животные, постоянно обитающие в почве, весь цикл развития которых протекает в почвенной среде.
• геофилы – животные, часть цикла развития которых (чаще одна из фаз) обязательно проходит в почве.
• геоксены – животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища.

3. Сравнительная характеристика сред обитания и адаптаций к ним живых организмов

Вопросы: (для контроля знаний)

1. Какие факторы среды обитания являются наиболее трудными для адаптации к ним организмов?
2. Перечислить общие закономерности действия факторов среды на организмы. Раскрыть их сущность и значение.
3. Охарактеризуйте наиболее типичные свойства сред жизни. Назовите присущие отдельным средам жизни лимитирующие факторы адаптации организмов.
4. Рыбы являются наиболее процветающим классом позвоночных животных. Какие экологические преимущества получили животные, вышедшие на сушу и какие утратили?
5. По отношению к каким факторам среды могут считаться эврибионтами или стенобионтами организмы: вирус иммунодефицита человека, эдельвейс, угорь, дикая утка?

Список используемых источников:

1. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=357
2. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=358
3. http://www.studfiles.ru/preview/1491673/

Лекция № 4

Тема «Популяция»

План лекции:

1. Понятие «популяция» и её общая характеристика.
2. Классификация популяций.
3. Показатели популяции.
4. Динамика численности популяции и способы её поддержания.
5. Структура популяций:

а) половая структура популяции,

б) возрастная структура популяций,

в) пространственная структура популяций,

г) этологическая (поведенческая) структура популяций животных,

д) генетическая структура популяции,

е) экологическая структура популяции.

Основные понятия и определения:

Популяция, численность, плотность, рождаемость, смертность, биотический потенциал, гомеостаз популяции, модифицирующие факторы, регулирующие факторы, семейный образ жизни, колония, стая, стадо, гарем, этология.

Текст лекции

1. Понятие «популяция» и её общая характеристика.

Популяция (от лат. Populatio — население, народ)— это совокупность особей одного вида, обладающая общим генофондом, способная к более-менее устойчивому самовоспроизводству (как половому, посредством панмисии в идеальном случае, так и бесполому), находящихся во взаимодействии между собой и населяющих общую территорию, относительно обособленная (географически или репродуктивно) от других групп, с представителями которых (при половой репродукции) потенциально возможен генетический обмен.

Термин введён Вильгельмом Иогансеном в 1903 году.

С точки зрения популяционной генетики, популяция — это группа особей, в пределах которой вероятность скрещивания во много раз превосходит вероятность скрещивания с представителями других подобных групп. Обычно говорят о популяциях как о группах в составе вида или подвида.

В современных эволюционных теориях (например, в Синтетической теории эволюции) популяция считается элементарной единицей микроэволюционного процесса.

Каждый вид, занимая определенную территорию (ареал), представлен на ней системой популяций.

Связи между популяциями поддерживают вид как единое целое. Слишком длительная и полная изоляция популяций может привести к образованию новых видов.

Обязательным признаком популяции считается ее способность к самостоятельному существованию на данной территории в течение неопределенно долгого времени за счет размножения, а не притока особей извне. Временные поселения разных масштабов не относятся к разряду популяций, а считаются внутрипопуляционными подразделениями. С этих позиций вид представлен не иерархическим соподчинением, а пространственной системой соседствующих популяций разных масштабов и с разной степенью связей и изоляции между ними.

Различия между отдельными популяциями выражены в разной степени. Они могут затрагивать не только их групповые характеристики, но и качественные особенности физиологии, морфологии и поведения отдельных особей. Эти различия создаются в основном под влиянием естественного отбора, приспосабливающего каждую популяцию к конкретным условиям ее существования.

Пространство или ареал, занимаемое популяцией, может быть различным как для разных видов, так и в пределах одного вида. Величина ареала популяции определяется в значительной мере подвижностью особей или радиусом индивидуальной активности. Если радиус индивидуальной активности невелик, величина популяционного ареала обычно также невелика.

Члены популяции оказывают друг на друга не меньшее воздействие, чем физико-химические факторы среды или обитающие рядом организмы других видов. Поскольку контакты между особями одной популяции происходят чаще, чем между особями разных популяций, то именно внутривидовые отношения являются более напряженными, чем межвидовые.

В популяциях проявляются в той или иной степени все формы биотических отношений, но наиболее ярко выражены мутуалистические и конкурентные. Мутуализм – крайняя степень ассоциации между особями, при которой каждый извлекает выгоду из связи с другим организмом. Специфические внутривидовые связи – это отношения, направленные на воспроизводство: между особями разных полов и между родительскими и дочерними поколениями.

Популяция представляет собой форму внутривидовой организации или форму существования вида, обеспечивающую наиболее полное использование данной группой особей природных ресурсов территории, к которой популяция приурочена. Биологическое значение популяции состоит в наиболее полном и рациональном использовании энергетических ресурсов, позволяющем обеспечить оставление потомства. При половом размножении обмен генами превращает популяцию в целостную генетическую систему. Если размножение происходит вегетативным путем (побегами, почками и т.д.) или другими способами, то популяция представляет собой систему клонов, или чистых линий, совместно использующих среду.

В современной биологии популяция рассматривается как элементарная единица в процессе эволюции, способная реагировать на изменения среды перестройкой своего генофонда.

Говоря об экологических популяциях, необходимо отметить большое разнообразие их масштабов. У одного и того же вида в разной среде популяции могут сильно различаться. Эти различия обусловлены:

а) площадью ареала популяции – они могут занимать территорию, сравнимую по площади с материком (популяции песца, кряквы), и могут ограничиваться несколькими квадратными метрами (некоторые амфибии и моллюски);

б) количеством особей, образующих популяцию, – популяция может объединять миллионы особей (комары) или всего несколько десятков животных (крупные хищники);

в) количеством микропопуляций – одни популяции представлены множеством микропопуляций, приуроченных к разным биотопам, другие – едины в пространственном отношении.

Таким образом, популяции представляют собой весьма разнообразные видовые группировки, количество и особенности которых соответствуют пестроте и условиям местообитания, специфическим свойствам среды и биологии самих животных.

2. Классификация популяций.

Для классификации популяций экологи руководствуются различными принципами.

В зависимости от размеров занимаемой территории можно выделить три типа популяций: элементарные, экологические и географические (рис. 1).

Рис. 1. Пространственное подразделение популяций: 1 — ареал вида; 2 — географическая, 3 — экологическая, — элементарная популяции

Элементарная, или микропопуляция – это совокупность особей вида, занимающих какой-то небольшой участок однородной площади. В состав их обычно входят генетически однородные особи. Количество элементарных популяций, на которые распадается вид, зависит от разнородности условий среды обитания: чем они однообразнее, тем меньше элементарных популяций, и наоборот. Между элементарными популяциями всегда имеются некоторые отличия, проявляющиеся в генетическом своеобразии, фенологических особенностях, способности к накоплению питательных веществ, интенсивности обмена, в характере поведения, или каждая элементарная популяция морфофизиологически и этологически (поведенчески) специфична, различия между ними определяются их генетическим своеобразием и средой обитания. Однако нередко смешение особей элементарных популяций, происходящее в природе, стирает границы между ними.

Экологическая популяция формируется как совокупность элементарных популяций. В основном это внутривидовые группировки, слабо изолированные от других экологических популяций вида, поэтому обмен генетической информаций между ними происходит сравнительно часто, но реже, чем между элементарными популяциями. Экологическая популяция имеет свои особые черты, отличающие её в чём-то от другой соседней популяции. Так, белки (Sciurus vulgaris) заселяют различные типы леса, и могут быть чётко выделены «сосновые», «еловые», «пихтовые», «елово- пихтовые» и другие их экологические популяции.

Географическая популяция охватывает группу особей, населяющих территорию с географически однородными условиями существования. Географические популяции занимают сравнительно большую территорию, довольно основательно разграничены и относительно изолированы. Они различаются плодовитостью, размерами особей, рядом экологических, физиологических, поведенческих и других особенностей. Для географической популяции характерен генетический обмен, и хотя он может быть редким, но всё же возможен. При перекрёстном скрещивании особи каждой популяции приобретают общий морфологический тип, в чём-то несколько отличающийся от соседней географической популяции, с которой регулярного контакта нет. Например, узкочерепная полёвка занимает большой ареал. Она встречается в степных районах нашей страны и далеко на севере в зоне тундры. Географические популяции из тех и других районов имеют существенные отличия между собой по физиологии и размерам животных. Тундровые в отличие от степных более крупные, значительно раньше начинают размножаться, обладают более высокой плодовитостью и больше накапливают жира. Отличия настолько чётко выражены, что длительное время считали эти группы разными видами. Однако эксперименты показали, что обе формы полёвок легко скрещиваются и дают плодовитое потомство, следовательно, принадлежат к одному виду.

Границы и размеры популяций в природе определяются особенностями не только заселяемой территории, но в первую очередь свойствами самой популяции. Здесь всегда лежит степень её генетического и экологического единства. Раздробление вида на множество мелких территориальных группировок носит приспособительный характер к большому разнообразию местных условий, что увеличивает генетическое многообразие вида и обогащает его генофонд. Таким образом, наиболее общим правилом является то, что индивиды любого живого вида всегда представлены не изолированными отдельностями, а их определённым образом организованными совокупностями. Это правило было сформулировано в 1903 г. С.С. Четвериковым (1880 – 1959) и получило название правила объединения в популяции.

Чем сложнее расчленена территория, занимаемая видом, тем больше возможностей для обособления отдельных популяций. Однако не в меньшей степени популяционную структуру вида определяют его биологические особенности, — такие, как подвижность составляющих его особей, степень их привязанности к территории, способность преодолевать естественные преграды.

По В.Н. Беклемишеву, важно учитывать многообразие взаимодействия организмов со средой. В соответствии с этим подходом популяции выделяются:

а) по способу размножения и степени генетической целостности:

– популяции с перекрестным оплодотворением;

– колониальные популяции;

– популяции, для которых характерно и перекрестное оплодотворение и размножение, присущее для колониальных организмов (например, тля, у которой существует и партеногенетическое размножение, при котором женские половые клетки развиваются без оплодотворения, и нормальное половое размножение с оплодотворением);

б) по способу поддержания численности и времени существования:

– постоянные популяции, возникающие в оптимальных местообитаниях, они способны к самовоспроизведению и не нуждаются в притоке особей извне для поддержания своей численности;

– временные популяции существуют не только за счет внутреннего потенциала, но и в результате иммиграции особей извне;

в) по способности к самовоспроизведению:

– независимые популяции – способны воспроизводиться самостоятельно; приток особей в их репродукции не играет существенной роли;

– полузависимые популяции – могут самовоспроизводиться, но иммиграция особей заметно повышает численность;

– зависимые – смертность внутри популяции не компенсируется приплодом, без иммиграции особей популяция вымирает;

– псевдопопуляции – совершенно не способны к самовоспроизведению, целиком зависят от притока извне. На о-ве Монерон обитает популяция тепловодного моллюска морское ухо. Они не нерестятся в этих холодных водах. Популяция же поддерживается за счет приноса личинок от берегов Японии с теплым Цусимским течением;

– временные, или периодически возникающие популяции – образуются за счет выселения особей из постоянных популяций в малоблагоприятные местообитания в периоды резкого возрастания численности постоянных популяций;

– гемипопуляции, или полупопуляции – группировки особей, принадлежащие к отдельным возрастным фазам развития животных, при этом на разных этапах своего возрастного развития (онтогенеза) они имеют резкие различия как морфологические, так и экологические (взрослые донные моллюски и их свободно плавающие пелагические личинки).

Функции популяции аналогичны функциям других биологических систем. Популяциям свойствен рост, развитие, способность поддерживать существование в постоянно меняющихся условиях, т.е. популяции обладают конкретными генетическими и экологическими характеристиками.

3. Показатели популяции.

При описании структур и функционирования популяции используют две группы показателей:

• статические показатели – это состояние популяции на конкретное данное время t:

• количество особей в популяции,
• площадь ареала (пространства, где обитает данная популяция),
• плотность особей (средняя и в разных частях ареала),
• характер пространственного распределения особей,
• численность разных возрастных групп,
• численность особей разных полов,
• численность особей по разным размерам,
• численность здоровых и больных особей.

• динамические (временные) – это характеристики изменений, которые происходят в популяции не только в пространстве, но и во времени, т.е. с какой скоростью происходят все изменения в популяции (какие изменения произошли с популяцией за время от первого до второго наблюдения t1-t0 = Δt):

• рождаемость,
• смертность,
• мгновенная скорость роста популяции,
• продолжительность жизни,
• кривые выживания.

Численность – число особей в популяции. Численность популяции может значительно изменяться во времени. Она зависит от биотического потенциала вида и внешних условий.

Плотность – число особей или биомасса популяции, приходящаяся на единицу площади или объема.

То, как по мере старения снижается численность особей одного возраста в популяции, показывает кривая выживания. Известны три основных типа кривых выживания:

• Кривая I соответствует популяции, большинство членов которой доживает до возраста, близкого к максимально возможному для данного вида (крупные млекопитающие).
• Кривая II отражает равную вероятность гибели особей в любом возрасте (птицы и пресмыкающие).
• Кривая III соответствует очень высокой смертности в раннем возрасте; для особей, переживших этот период, вероятность смерти низка (многие растения, беспозвоночные, рыбы).

В популяциях большинства видов животных и растений численность более или менее постоянна, но у некоторых видов она подвержена значительным колебаниям, иногда весьма регулярным, например, у полевок, леммингов, рыб, некоторых насекомых.

Скорость роста популяции определяется биологическим потенциалом, т.е. индивидуальными особенностями вида. Любая популяция теоретически способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы среды.

Динамика численности популяции во времени определяется соотношением показателей рождаемости и смертности особей, а также их иммиграцией и эмиграцией.

Рождаемость – это число особей рожденных в популяции за некоторый промежуток времени.

Максимальная рождаемость – это увеличение числа особей в идеальных условиях.

Биотический потенциал – это максимум потомков от одной пары или одной особи за единицу времени.

Смертность – это число умерших особей в популяции за единицу времени.

3 типа смертности:

• тип дрозофилы – высокая смертность в старости, низкая в младенчестве;
• тип гидры – диагональ соответствующая независимой от возраста смертности;
• тип устрицы – характерна высокая смертность в младенчестве, но живут до преклонного возраста (черепахи).

Динамические характеристики всегда строятся по конкретным изменениям, которые произошли в статических структурах. Поэтому классификация популяций по статическим структурам чрезвычайно важна.

Факторы, действующие на численность популяции, экологи делят на две группы:

• Первичные факторы (ультимативные) – пища, конкуренты, паразиты, хищники, загрязнение и небиологические – температура, солевой состав (для гидробионтов), газовый состав атмосферы, осадки, климат. Действие ультимативных факторов прямое и неизбежное.
• Вторичные факторы (сигнальные). косвенно указывают виду на избыточность его численности.

4. Динамика численности популяции и способы её поддержания.

В популяциях действуют законы, позволяющие таким образом использовать ограниченные ресурсы среды, чтобы обеспечить оставление потомства. Популяции многих видов обладают свойствами, позволяющими им регулировать свою численность. Гомеостаз популяции – это поддержание оптимальной в данных условиях численности и плотности.

Изменение численности зависит от целого ряда факторов среды – абиотических, биотических и антропогенных. Однако всегда можно выделить ключевой фактор, наиболее сильно влияющий на рождаемость, смертность, миграцию особей и т. д.

Любой популяции организмов в конкретных условиях свойствен определенный средний уровень численности, вокруг которого происходят колебания. Отклонения от этого среднего уровня имеют разный размах, но в норме после каждого отклонения численность популяции начинает изменяться с обратным знаком.

Выделяют две принципиально разные стороны популяционной динамики:

• модификация – это случайное отклонение численности, возникающее в результате воздействия самых разнообразных факторов, не связанных с плотностью популяции.
• регуляция – это возврат популяции после отклонения к исходному состоянию, совершающийся под влиянием факторов, сила действия которых определяется плотностью популяции.

Модифицирующие факторы, вызывая изменение численности популяций, сами не испытывают влияния этих изменений. Действие их, таким образом, одностороннее. К ним относятся все абиотические влияния среды на организмы, на качество и количество их корма и т. п. Благоприятная погодная обстановка может послужить причиной массовой вспышки размножения вида и перенаселения занимаемой им территории, как, например, в случае стадных саранчовых. Отрицательное воздействие модифицирующих факторов, наоборот, снижает численность популяции иногда до полного ее исчезновения. Влияние модифицирующих факторов, не зависящих от плотности популяции, может вызывать резкий спад ее численности. В сельском хозяйстве чрезвычайно важно прогнозирование погодных условий для возможностей защиты урожая.

Регулирующие факторы не просто изменяют численность популяции, а сглаживают ее колебания, приводя после очередного отклонения от оптимума к прежнему уровню. Действие их, таким образом, двустороннее. Это происходит потому, что эффект их воздействия тем сильнее, чем выше плотность популяции. В качестве регулирующих сил выступают межвидовые и внутривидовые отношения организмов. Наиболее эффективные из них – трофические отношения организмов: хищничество, паразитизм, собирательство, пастьба и другие, как прямые, так и косвенные. Прямые связи хищник – жертва наиболее изученные регуляторные механизмы в сообществах.

Общее число жертв, которых может уничтожить один хищник, сначала растет почти пропорционально росту численности потребляемого вида. Это так называемая функциональная реакция хищников на жертвы. Однако она имеет предел, обусловленный физическими возможностями потребителя. После полного насыщения хищники обычно слабо реагируют на жертву. Новые возможности влиять на популяции жертв возникают при росте численности хищников за счет успешного размножения на хорошей кормовой базе. Это явление получило название численной или количественной реакции хищников на рост численности жертв. Количественная реакция хищников всегда запаздывает по сравнению с ходом размножения жертвы, так как является ответом на изменение кормовой базы.

Можно выделить три основных типа популяционной динамики численности:

I. Стабильный тип – отличается небольшим размахом колебаний (в несколько раз, однако не н а несколько порядков величин). Свойствен видам с хорошо выраженными механизмами популяционного гомеостаза, высокой выживаемостью, низкой плодовитостью, большой продолжительностью жизни, сложной возрастной структурой, развитой заботой о потомстве. Целый комплекс эффективно работающих регуляторных механизмов держит такие популяции в определенных пределах плотности. Такова, например, динамика численности крупных млекопитающих и птиц, а также ряда беспозвоночных.

II. Флюктуирующий тип – колебания происходят в значительном интервале плотностей, различающихся на один-два порядка величин; при этом различают три фазы колебательного цикла: нарастания, максимума, разрежения численности. Возврат к стабильному состоянию происходит быстро. Регуляторные механизмы не теряют контроля за численностью популяций, увеличивая свою эффективность вслед за увеличением плотности. Преобладают слабоинерционные меж- и внутривидовые взаимодействия. Такой ход численности широко распространен в разных группах животных.

III. Взрывной тип с вспышками массового размножения – прекращение действия модифицирующих факторов не вызывает быстрого возврата популяции в стабильное состояние; динамика численности складывается из циклов, в которых различают пять обязательных фаз: нарастания численности, максимума, разреживания, депрессии, восстановления. Для таких популяций периодически характерны предельно высокий и необычайно низкий уровень численности. Такой ход численности обнаруживается чаще всего у видов с малой продолжительностью жизни, высокой плодовитостью, быстрым оборотом генераций. Он свойствен, например, некоторым насекомым (саранчовые, вредители леса – усачи, короеды, ряд чешуекрылых и пилильщиков и др.), среди млекопитающих отмечен у многих видов мышевидных грызунов.

Тип динамики численности – скорее популяционная, но не видовая характеристика. Популяции одних и тех же видов в различных условиях могут характеризоваться разным ходом динамики численности. Это объясняется преимущественно тем, что среди регуляторных механизмов большую роль играют межвидовые взаимосвязи, которые в пределах ареала вида могут быть разной степени напряженности. Так, многие виды, которые в природных условиях сдерживались врагами, проявляют склонность к вспышкам массового размножения в садах и на полях, где ослаблен биологический контроль.

Ярким примером того, к чему приводит снятие пресса потребителей на популяции жертв, являются масштабные «нашествия» чужеродных видов, попадающих в подходящие для размножения условия на других материках. На родине такие виды испытывают влияние активных регуляторов, занимают соответственные экологические ниши в биоценозах и, как правило, не считаются вредителями в хозяйственной практике человека. В новой среде, не имея специализированных врагов, эти виды за короткие сроки дают взрывы численности, нарушая структуру сложившихся сообществ.

С экологических позиций впервые обзор и анализ таких событий был сделан английским зоологом Ч. Элтоном, одним из основоположников популяционной экологии. Вводя понятие «взрыв» применительно к непомерному увеличению численности какого-либо вида, Ч. Элтон объяснял, что он намеренно употребляет это слово, так как оно обозначает «внезапное освобождение сил, проявление которых сдерживалось ранее другими силами». «Нашествия» иноземных видов, занос которых преднамеренно или случайно осуществляется человеком, широко распространены в современном мире и часто вызывают большие осложнения в хозяйственной деятельности. Относительно немногие примеры успешной борьбы с ними связаны, как правило, с интродукцией естественных врагов, т. е. воссозданием системы биоценотической регуляции. Если на «захваченной» Видом территории постепенно складывается новый комплекс регуляторов, тогда его численность идет на убыль. Однако для некоторых вселенцев этот процесс происходит достаточно медленно. Таким примером является опасный вредитель картофеля колорадский жук, распространение которого в Европе началось после заноса из Америки в 20-х годах прошлого века с западных берегов Франции. Жук и его личинки имеют ядовитую гемолимфу, спасающую их от насекомоядных птиц и других позвоночных. У колорадского жука на евроазиатской территории до сих пор не сформировался эффективный комплекс потребителей. Потери урожая картофеля от колорадского жука составляют в среднем до 40%.

Популяции многих видов организмов способны к саморегуляции своей численности. Выделяют три механизма торможения роста численности популяций:

1) при возрастании плотности повышается частота контактов между особями, что вызывает у них стрессовое состояние, уменьшающее рождаемость и повышающее смертность;

2) при возрастании плотности усиливается эмиграция в новые местообитания, краевые зоны, где условия менее благоприятны и смертность увеличивается;

3) при возрастании плотности происходят изменения генетического состава популяции, например, быстро размножающиеся особи заменяются медленно размножающимися.

Понимание механизмов регуляции численности популяций чрезвычайно важно для возможности управления этими процессами.

Деятельность человека часто сопровождается сокращением численности популяций многих видов. Причины этого в чрезмерном истреблении особей, ухудшении условий жизни вследствие загрязнения окружающей среды, беспокойства животных, особенно в период размножения, сокращение ареала и т.д. В природе нет и не может быть «хороших» и «плохих» видов, все они необходимы для ее нормального развития. В настоящее время остро стоит вопрос сохранения биологического разнообразия. Сокращение генофонда живой природы может привести к трагическим последствиям. Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП) издает «Красную книгу», где регистрирует следующие виды: исчезающие, редкие, сокращающиеся, неопределенные и «черный список» безвозвратно исчезнувших видов.

В целях сохранения видов человек использует различные способы регулирования численности популяции: правильное ведение охотничьего хозяйства и промыслов (установление сроков и угодий охоты и отлова рыбы), запрещение охоты на некоторые виды животных, регулирование вырубки леса и др.

В то же время деятельность человека создает условия для появления новых форм организмов или развития старых видов, к сожалению, часто вредных для человека: болезнетворных микроорганизмов, вредителей сельскохозяйственных культур и т.д.

5. Структура популяций.

Популяции свойственна определенная организация (структура). Структура популяции — это распределение особей по территории, соотношения групп по полу, возрасту, морфологическим, физиологическим, поведенческим и генетическим особенностям. Она формируется, с одной стороны, на основе общих биологических свойств вида, а с другой — под влиянием абиотических факторов среды и популяций других видов. Структура популяций имеет, следовательно, приспособительный характер.

Популяция обладает сходством с организмом как биосистемой, так как имеет определенную структуру, целостность, генетическую программу самовоспроизведения, способность к авторегуляции и адаптации. Вместе с тем популяции, как групповые объединения, обладают рядом специфических свойств, которые не присущи каждой отдельно взятой особи. Адаптивные возможности вида в целом как системы популяций значительно шире приспособительных особенностей каждой конкретной особи. По сравнению со временем жизни отдельного организма популяция может существовать очень долго.

Структура популяции не стабильна. Рост и развитие организмов, рождение новых, гибель от различных причин, изменение окружающих условий, увеличение или уменьшение численности врагов — все это приводит к изменению различных соотношений внутри популяции.

От того, какова структура популяции в данный период времени, во многом зависит направление ее дальнейших изменений.

Различают следующие структуры популяций:

• половую структуру,
• возрастную структуру,
• пространственную структуру,
• этологическую структуру,
• генетической структуру,
• экологическую структуру.

а) Половая структура популяции.

Половая структура (половой состав) – соотношение особей мужского и женского пола в популяции. Половая структура свойственна только популяциям раздельнополых организмов. Численное соотношение полов, т.е. половой состав, и особенно доля размножающихся самок в популяции, имеет большое значение для дальнейшего роста ее численности.

Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении 1:1, так называемое соотношение полов. Но из этого не следует, что такое же соотношение характерно для популяции в целом. Фактическое соотношение полов зависит от действия различных факторов среды, генетических и физиологических особенностей вида, от поведения самок и самцов.

Различают:

• Первичное соотношение полов – соотношение, наблюдаемое при формировании половых клеток (гамет). Обычно оно равно 1:1.
• Вторичное соотношение полов – соотношение, наблюдаемое при рождении. (Например, у человека во вторичном соотношении несколько преобладают мальчики: на 100 девочек рождается 106 мальчиков).
• Третичное соотношение полов – соотношение взрослых половозрелых особей. (Например, у человека в третичном соотношении преобладают женщины: к 16–18 годам из-за повышенной мужской смертности это соотношение выравнивается и к 50 годам составляет 85мужчин на 100 женщин, а к 80 годам – 50 мужчин на 100 женщин).

Соотношение полов зависит, прежде всего, от биологии вида и сильно различается:

у моногамных (самец за сезон спаривается с одной самкой) — нормой является соотношение полов 1:1 (например, журавли, лебеди); среди моногамных животных почти постоянно имеются «резервные» самцы — это уже половозрелые, но еще не размножающиеся животные; они представляют собой репродуктивный резерв популяции.

у полигамных животных — типично преобладание самок (например, морские котики, павианы).

Неравномерность гибели разных полов, неодинаковая их выживаемость распространены среди животных. Как правило, более жизнеспособными являются самки.

В молодом возрасте самки и самцы различаются поведением. Самцы обычно более подвижны, менее привязаны к убежищам, поэтому чаще становятся жертвами хищников и непогоды.

При неблагоприятных условиях, когда популяция находится в депрессии, выживаемость самок резко возрастает и процент женских особей сильно превышает норму. Это явление имеет важное адаптивное значение, поскольку именно от самок зависит восстановление подорванной популяции.

Экологические и поведенческие различия между особями мужского и женского пола могут быть сильно выражены. Так, самцы комаров питаются нектаром растений и слизывают росу, а самки являются кровососущими.

Но даже если образ жизни самцов и самок сходен, они различаются по многим физиологическим признакам: темпам роста, срокам полового созревания, устойчивостью к климатическим изменениям, голоданию и т.д.

б) Возрастная структура популяций.

Возрастная структура популяции — соотношение в составе популяции особей разного возраста, представляющих один или разные приплоды одного или нескольких поколений.

Рождаемость и смертность, динамика численности напрямую связаны с возрастной структурой популяции. Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. Для каждого вида, а иногда и для каждой популяции внутри вида характерны свои соотношения возрастных групп.

По отношению к популяции обычно выделяют три экологических возраста:

• предрепродуктивный (особи, еще не способные размножаться):

• новорожденные (до момента прозревания),
• молодые особи (подрастающие особи, не достигшие половой зрелости),
• полувзрослые (особи, близкие к половой зрелости);

• репродуктивный (особи, способные размножаться),
• пострепродуктивный (особи, уже не способные размножаться, они часто играют заметную роль в жизни популяций, охраняя, воспитывая молодняк).

Возрастная структура у многих видов отличается большой сложностью.

Так, в популяциях растений выделяют четыре возрастные фазы:

1) латентный период – фаза первичного покоя. В эту группу входят семена, плоды и другие зачатки растений;

2) виргинильный (девственный или юношеский) период, охватывающий группу растений в период от прорастания зачатков до образования генеративных органов;

3) генеративный период – фаза размножения семенами или другими разносимыми зачатками, т.е. время полового размножения;

4) сенильный, или старческий, период, к которому принадлежат особи, закончившие половое размножение и способные только вегетировать.

На каждом возрастном этапе особи растений характеризуются определенными отношениями со средой. Они выражаются в различиях питания, строении и размерах вегетативного тела, протекании биохимических процессов и т.д.

Абсолютный возрастной состав выражает численность определенных возрастных групп в определенный момент времени.

Относительный возрастной состав выражает долю или процент особей данной возрастной группы по отношению к общей численности популяции.

Возрастной состав определяется рядом свойств и особенностей вида: время достижения половой зрелости, продолжительность жизни, длительность периода размножения, смертность и др.

С возрастом требования особи к среде и устойчивость к отдельным ее факторам закономерно и весьма существенно изменяются. На разных стадиях онтогенеза могут происходить смена сред обитания, изменение типа питания, характера передвижения, обшей активности организмов.

Возрастные различия в популяции существенно усиливают ее экологическую неоднородность и, следовательно, сопротивляемость среде. Повышается вероятность того, что при сильных отклонениях условий от нормы в популяции сохранится хотя бы часть жизнеспособных особей, и она сможет продолжить свое существование.

Возрастная структура популяций имеет приспособительный характер. Она формируется на основе биологических свойств вида, но всегда отражает также силу воздействия факторов окружающей среды.

Анализ возрастной структуры помогает прогнозировать численность популяции на протяжении жизни ряда ближайших поколений.

Возрастная структура популяций у растений

У растений возрастная структура ценопопуляции, т.е. популяции конкретного фитоценоза, определяется соотношением возрастных групп. Абсолютный, или календарный, возраст растения и его возрастное состояние — понятия не тождественные. Растения одного возраста могут находиться в разных возрастных состояниях. Возрастное, или онтогенетическое состояние особи — это этап ее онтогенеза, на котором она характеризуется определенными отношениями со средой.

Возрастная структура ценопопуляции во многом определяется биологическими особенностями вида: периодичностью плодоношения, числом продуцируемых семян и вегетативных зачатков, способностью вегетативных зачатков к омоложению, скоростью перехода особей из одного возрастного состояния в другое, способностью образовывать клоны и др. Проявление всех этих биологических особенностей, в свою очередь, зависит от условий внешней среды. Меняется и ход онтогенеза, который может протекать у одного вида во многих вариантах.

Разные размеры растений отражают различную жизненность особей в пределах каждой возрастной группы. Жизненность особи проявляется в мощности ее вегетативных и генеративных органов, что соответствует количеству накопленной энергии, и в устойчивости к неблагоприятным воздействиям, что определяется способностью к регенерации. Жизненность каждой особи меняется в онтогенезе по одновершинной кривой, возрастая на восходящей ветви онтогенеза и уменьшаясь на нисходящей.

Многие луговые, лесные, степные виды при выращивании их в питомниках или посевах, т.е. на лучшем агротехническом фоне, сокращают свой онтогенез.

Возможность менять путь онтогенеза обеспечивает адаптацию к меняющимся условиям среды и расширяет экологическую нишу вида.

Если в возрастном спектре ценопопуляции представлены только семена или молодые особи, ее называют инвазионной. Такая ценопопуляция не способна самоподдержанию, и существование ее зависит от поступления зачатков извне. Часто это молодая ценопопуляция, только что внедрившаяся в биоценоз. Если ценопопуляция представлена всеми или почти всеми возрастными группами, то ее называется нормальной. Такая популяция независима и способна к самоподдержанию семенным или вегетативным путем. Нормальная ценопопуляция, состоящая из особей всех возрастных групп, называется полночленной, а если особи каких-либо возрастных состояний временно отсутствуют, то популяция называется нормальной неполночленной.

Регрессивная ценопопуляция представлена только сенильными и субсенильными или также генеративными, но старыми, не образующими всхожих семян. Такая ценопопуляция не способна к самоподдержанию и зависит от заноса зачатков извне. Инвазионная ценопопуляция может перейти в нормальную, а нормальная – в регрессивную.

Возрастную структуру популяции выражают при помощи возрастных пирамид.

Возрастная структура популяций у животных

В зависимости от особенностей размножения члены популяции могут принадлежать к одной генерации или к разным. В первом случае все особи близки по возрасту и примерно одновременно проходят очередные этапы жизненного цикла. Сроки размножения и прохождения отдельных возрастных стадий обычно приурочены к определенному сезону года. Численность таких популяций, как правило, неустойчива: сильные отклонения условий от оптимума на любой стадии жизненного цикла действуют сразу на всю популяцию, вызывая значительную смертность.

У видов с однократным размножением и короткими жизненными циклами в течение года сменяется несколько поколений.

При эксплуатации человеком природных популяций животных учет их возрастной структуры имеет важнейшее значение. У видов с ежегодным большим пополнением можно изымать более значительную часть популяции без угрозы подорвать ее численность. Например, у горбуши, созревающей на второй год жизни, возможен вылов до 50-60% нерестящихся особей без угрозы дальнейшего снижения численности популяции. Для кеты, созревающей позднее и имеющей более сложную возрастную структуру, нормы изъятия из половозрелого стада должны быть меньше.

Виды с одновременным существованием различных генераций можно разделить на две группы:

• размножающиеся один раз в жизни,
• размножающиеся многократно.

У видов с однократным размножением и коротким жизненными циклами в течение года сменяется несколько поколений. Одновременное существование разных генераций обусловлено растянутостью кладки яиц, роста и полового созревания отдельных особей.

Еще сложнее возрастная структура популяций у видов с повторным размножением. При этом возможны две крайние ситуации:

1) продолжительность жизни во взрослом состоянии невелика,

2) взрослые живут долго и размножаются многократно.

В первой случае ежегодно сменяется значительная часть популяции. Численность ее неустойчива и может резко изменяться в отдельные годы.

В каждом возрасте требование особей к среде и устойчивость к отдельным факторам заметно различаются. На ранних стадиях особи, как правило, более чувствительны к любым неблагоприятным факторам, а в зрелом возрасте они обычно выносливее. Кроме того, на разных стадиях жизненного цикла могут происходить смены сред обитания, типов адаптаций, характера передвижения, общей активности. Часто возрастные экологические различия в пределах вида выражены значительно сильнее, чем различия между видами. Так, сидящие на морском дне моллюски и морские ежи и их пелагические личинки; травяные лягушки на суше и их головастики в водоемах, гусеницы и бабочки – это всего лишь разные стадии онтогенеза одних и тех же видов.

У долгоживущих и размножающихся многократно видов возникает относительно устойчивая структура популяции с длительным существованием различных поколений. У видов с непродолжительным периодом взрослого состояния ежегодно сменяется значительная часть популяции. Численность такой популяции неустойчива и может резко различаться в отдельные годы, а возрастная структура популяции сильно варьирует (полевка-экономка).

Возрастной состав популяции определяется несколькими причинами, среди которых можно указать на время достижения половой зрелости, общую продолжительность жизни, длительность периода размножения, продолжительность жизни поколения, частоту приплода, смертность, тип динамики численности.

Возрастная структура популяции является весьма неустойчивой характеристикой.

в) Пространственная структура популяций.

Пространственная структура популяции — это характер размещения и распределения отдельных членов популяции и их группировок в ареале. Она зависит от особенностей окружающей среды и этологии (особенностей поведения) вида. Пространственная структура популяций заметно различается у оседлых и кочующих или мигрирующих животных.

Занимаемое популяцией пространство предоставляет ей средства к жизни. Каждая территория может прокормить лишь определенное число особей. Естественно, что полнота использования имеющихся ресурсов зависит не только от общей численности популяции, но и от размещения особей в пространстве. Это наглядно проявляется у растений, площадь питания которых не может быть меньше некоторой предельной величины.

В природе изредка встречается почти равномерное упорядоченное распределение особей на занимаемой территории. Чаще всего члены популяции распределяются в пространстве неравномерно.

В каждом конкретном случае тип распределения в занимаемом пространстве оказывается приспособительным, т.е. позволяет оптимально использовать имеющиеся ресурсы. Растения в ценопопуляции чаще всего распределены крайне неравномерно. Часто более плотный центр скопления окружен особями, расположенными менее плотно. Пространственная неоднородность ценопопуляции связана с характером развития скоплений во времени.

У животных благодаря их подвижности способы упорядочивания территориальных отношений более разнообразны по сравнению с растениями.

У высших животных внутрипопуляционное распределение регулируется системой инстинктов. Им свойственно особое территориальное поведение — реакция на местонахождение других членов популяции. Однако оседлый образ жизни таит в себе угрозу быстрого истощения ресурсов, если плотность популяции окажется слишком высокой. Общая площадь, занимаемая популяцией, оказывается поделена на отдельные индивидуальные или групповые участки, чем достигается упорядоченное использование запасов пищи, естественных укрытий, мест для размножения и т.п.

Несмотря на территориальное обособление членов популяции, между ними поддерживается связь с помощью системы различных сигналов и непосредственных контактов на границах владений.

«Закрепление участка» достигается разными способами:

1) охраной границ занимаемого пространства и прямой агрессией по отношению к чужаку;

2) особым ритуальным поведением, демонстрирующим угрозу;

3) системой специальных сигналов и меток, свидетельствующих о занятости территории.

Обычная реакция на территориальные метки — избегание — закреплена у животных наследственно. Биологическая выгода такого типа поведения очевидна. Если бы овладение территорией решалось только исходом физической борьбы, появление каждого более сильного пришельца грозило бы хозяину потерей участка и устранением от размножения.

Частичное перекрывание индивидуальных территорий служит способом поддержания контактов между членами популяции. Соседние особи часто поддерживают устойчивую обоюдовыгодную систему связей: взаимное предупреждение об опасности, совместную защиту от врагов. Нормальное поведение животных включает активный поиск контактов с представителями своего вида, который часто усиливается в период падения численности.

Различают три основных типа распределения особей в пространстве:

• равномерное (регулярное) распределение – характеризуется равным удалением каждой особи от всех соседних (свойственно популяциям, существующим в условиях равномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, проявляющих друг к другу антагонизм),

• неравномерное (агрегированное, групповое, мозаичное) распределение – проявляется в образовании группировок особей, между которыми остаются большие незаселенные территории (характерно для популяций, обитающих в условиях неравномерного распределения факторов среды или состоящих из особей, ведущих групповой (стадный) образ жизни),
• случайное (диффузное) распределение – выражается в неодинаковом расстоянии между особями. Является результатом вероятностных процессов, неоднородности среды и слабых социальных связей между особями.

По типу использования пространства все подвижные животные бывают:

• оседлые:

• диффузный тип размещения – животные в пространстве распределены дисперсно, не образуя обособленных поселений (характерен для мелких млекопитающих открытых пространств (пустынь, степей)).
• мозаичный тип размещения – возникает тогда, когда пригодные для заселения места распределены в пространстве резко неравномерно (колонии кротов встречаются на луговинах и опушках леса),
• пульсирующий тип размещения характерен для популяций с резким колебанием численности (в годы депрессий популяция состоит из обособленных поселений, в годы подъема – занимает всю пригодную территорию),
• циклический тип размещения – характерен для оседлых животных, попеременно использующих разные участки в течение года (например, лемминги зимуют на сухих прибрежных возвышенностях, а летом переселяются на разнотравно-злаково-лишайниковые участки)

• кочевые.

Циклический тип освоения территории оседлыми животными сходен с использованием ресурсов кочевыми популяциями. Наиболее заметно кочевничество у тех млекопитающих, образ жизни которых требует обширных пространств, - слонов, медведей, копытных и т.д.

При оседлом существовании животные в течение всей или большей части жизни используют довольно ограниченный участок среды. Оседлый образ жизни имеет ряд биологических преимуществ, таких как свободная ориентация на знакомой территории при поиске пищи или укрытия, возможность создать запасы пищи (белки, полевые мыши). Этот образ таит в себе угрозу быстрого истощения ресурсов при излишне высокой плотности популяции, поэтому у оседлых животных выработались приспособления, которые обеспечивают разграничения мест обитания отдельных особей или других внутрипопуляционных группировок.

По форме совместного существования животных выделяют:

• одиночный образ жизни – проявляется в том, что особи в популяциях независимы и обособленны друг от друга (ежи, щуки и др.). Однако он характерен только для определенных стадий жизненного цикла. Полностью одиночное существование организмов в природе не встречается, так как при этом было бы невозможно размножение;
• семейный образ жизни – наблюдается в популяциях с усилением связей между родителями и потомством (львы, медведи и др.);
• колониями – это групповые поселения оседлых животных, как длительно существующие, так и возникающие лишь на период размножения (гагары, пчелы, муравьи и др.);
• стаями – это временные объединения животных, облегчающие выполнение какой-либо функции: защиты от врагов, добывания пищи, миграции (волки, сельдь и др.);
• стадами – это более длительные, чем стаи, или постоянные объединения особей одного вида, которые сохраняют какое-либо время близость друг к другу, сходно себя ведут, нередко характеризуются одинаковым ритмом активности, выполняют все жизненные функции вида: защита от врагов, добывание пищи, миграции, размножение, воспитание молодняка и т. д. (олени, зебры и др.), основой группового поведения в стадах являются взаимоотношения доминирования – подчинения;
• гаремом – это небольшая устойчивая группа размножающихся полигамных животных (серый тюлень, морской котик, кашалот).

Пространственная структура популяции очень динамична. Она подвержена сезонным и другим адаптивным перестройкам в соответствии с местом и временем.

Эффект группы проявляется в ускорении темпов роста животных, повышении плодовитости, более быстром образована условных рефлексов, повышении средней продолжительности жизни индивидуума и т. д. В группе животные часто способна поддерживать оптимальную температуру (при скучивании, в гнездах, в ульях). У многих животных вне группы не реализуется плодовитость. Голуби некоторых пород не откладывают яйца, если не видят других птиц. Достаточно поставить перед самкой зеркало, чтобы она приступила к яйцекладке.

Эффект группы не проявляется у видов, ведущих одиночный образ жизни. Если таких животных искусственно заставить жить вместе, у них повышается раздражительность, учащаются столкновения и многие физиологические показатели сильно уклоняются от оптимума, о чем можно судить, например, по увеличению энергетических затрат на основные процессы жизнедеятельности.

Положительный эффект группы проявляется лишь до некоторого оптимального уровня плотности популяции. Если животных становится слишком много, это грозит для всех недостатком ресурсов среды. Вступают в действие другие механизмы, приводящие к снижению численности особей в группе путем ее деления, рассредоточения или падения рождаемости.

Однако масштабы возможных изменений и тип использования территории определяются биологическими особенностями вида.

г) Этологическая (поведенческая) структура популяций животных.

Этология – это наука о закономерностях поведения животных.

Поведение животных по отношению к другим членам популяции зависит, прежде всего, оттого, одиночный или групповой образ жизни свойствен виду.

Одиночный образ жизни, при котором особи популяции независимы и обособлены друг от друга, характерен для многих видов, но лишь на определенных стадиях жизненного цикла. Полностью одиночное существование организмов в природе не встречается, так как при этом было бы невозможным осуществление их основной жизненной функции — размножения.

При семейном образе жизни усиливаются также связи между родителями и их потомством. Простейший вид такой связи — забота одного из родителей об отложенных яйцах: охрана кладки, инкубация, дополнительное аэрирование и т.п. При семейном образе жизни территориальное поведение животных выражено наиболее ярко: различные сигналы, маркировка, ритуальные формы угрозы и прямая агрессия обеспечивают владение участком, достаточным для выкармливания потомства. Семья у животных основана также и на территориальной общности. Своеобразной семьей является львиный прайд. Основу прайда составляют львицы, они охотятся, выращивают львят. Обычно в прайд входят несколько львиц и их детеныши, 2–3 молодых самца и обязательно доминирующий самец. Он не всегда самый крупный или самый сильный, но остальные самцы признают его главенство, а он, в свою очередь, терпит их присутствие. Состарившихся и больных львов прайд не защищает, а изгоняет.

В основе более крупных объединений животных (стаях, стадах и колониях) лежит дальнейшее усложнение поведенческих связей в популяциях.

Жизнь в группе через нервную и гормональную системы отражается на протекании многих физиологических процессов в организме животного. У изолированных особей заметно меняется уровень метаболизма, быстрее тратятся резервные вещества, не проявляется целый ряд инстинктов и ухудшается общая жизнеспособность.

Положительный эффект группы проявляется лишь до некоторого оптимального уровня плотности популяции. Если животных становится слишком много, это грозит для всех недостатком ресурсов среды. Тогда вступают в действие другие механизмы, приводящие к снижению численности особей в группе путем ее деления, рассредоточения или падения рождаемости.

д) Генетическая структура популяции.

Генетическая структура популяции определяется изменчивостью и разнообразием генотипов, частотами вариаций отдельных генов — аллелей, а также разделением популяции на группы генетически близких особей, между которыми при скрещивании происходит постоянный обмен аллелями.

Совокупность генов всех особей популяции называют генофондом. Генофонд характеризуют частоты аллелей и генотипов. Частота аллеля – это его доля во всей совокупности аллелей данного гена. Сумма частот всех аллелей равна единице:

р + q= 1,

где р – доля доминантного аллеля (А); q – доля рецессивного аллеля (а).

Зная частоты аллелей, можно вычислить частоты генотипов в популяции:

(р + q)2 = р2+ 2pq+ q2 =1,

Где р и q – частоты доминантного и рецессивного аллелей соответственно, р2 – частота гомозиготного доминантного генотипа (АА), 2рq – частота гетерозиготного генотипа (Аа), q2 – частота гомозиготного рецессивного генотипа (аа).

Согласно закону Харди–Вайнберга относительные частоты аллелей в популяции остаются неизменными из поколения в поколение. Закон Харди–Вайнберга справедлив, если соблюдаются следующие условия:

1) популяция велика;

2) в популяции осуществляется свободное скрещивание;

3) отсутствует отбор;

4) не возникает новых мутаций;

5) нет миграции новых генотипов в популяцию или из популяции.

Очевидно, что популяций, удовлетворяющих этим условиям в течение длительного времени, в природе не существует. На популяции всегда действуют внешние и внутренние факторы, нарушающие генетическое равновесие. Длительное и направленное изменение генетического состава популяции, ее генофонда получило название элементарного эволюционного явления. Без изменения генофонда популяции невозможен эволюционный процесс.

е) Экологическая структура популяции.

Экологическая структура популяции — представляет собой разделение всякой популяции на группы особей, по-разному взаимодействующие с факторами среды.

Легко выявляются группировки по питанию, так как особи разного пола и возраста обладают различным пищевым предпочтением.

Разные члены популяции отличаются друг от друга по ориентировочному поведению и по двигательной активности; у многих животных хорошо выражены различия реакций избегания опасности или оптимизационного поиска.

Часто наблюдается распределение функций («разделение труда») при охоте на добычу, при уходе за потомством и т.п.

Наличие мигрирующих и немигрирующих групп особей накладывает отпечаток на ряд физиологических особенностей питания, полового поведения, групповой активности.

Для всех популяций характерна, по-видимому, и фенологическая дифференциация: разные сроки начала и окончания сезонных циклов развития и поведения (диапауза, спячка, половая активность, линька, цветение, плодоношение, листопад и т.п.); наличие сезонных рас у насекомых, растений, проходных рыб.

Обособленность популяций

Если члены вида постоянно перемешаются и перемешиваются на обширных пространствах, такой вид характеризуется небольшим числом крупных популяций. При слабо развитых способностях к перемещению в составе вида формируется множество мелких популяций, отражающих мозаичность ландшафта. У растений и малоподвижных животных число популяций находится в прямой зависимости от степени разнородности среды.

Степень обособленности соседних популяций вида различна. В некоторых случаях они резко разделены территорией, непригодной для обитания, и четко локализованы в пространстве, например популяции окуня и линя в изолированных друг от друга озерах.

Противоположный вариант — сплошное заселение видом обширных территорий. В пределах одного и того же вида могут быть популяции как с хорошо различимыми, так и со смазанными границами и в пределах вида популяции могут быть представлены группами разного объема.

Взаимоотношения видов не сводятся только к взаимодействию особей, хотя и осуществляются через индивидуальные контакты. Отношения между хищником и его жертвой кратковременны. Связь между их популяциями длительна и является одним из условий функционирования сообществ. Связи между отдельными особями приводят к одним результатам, связи между популяциями — к качественно другим. Например, длительное воздействие конкретного паразита может иметь следствием изменение физиологического состояния, плодовитости, долговечности хозяина и т.п. Взаимоотношения популяций этих же видов приводят к изменениям их основных групповых характеристик: численности, возрастного состава, смертности, темпов роста популяций.

Вопросы: (для контроля знаний)

1. Дайте определение «популяция».
2. Какие подходы используются при классификации популяций? Проклассифицируйте популяции.
3. Какие группы показателей используют при описании структур и функционирования популяции? Приведите их примеры.
4. Как характеризуется и регулируется динамика численности популяций?
5. Охарактеризуйте типы популяционной динамики численности.
6. Какие бывают структуры популяций? Кратко охарактеризуйте их.

Список используемых источников:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Популяция
2. http://abc.vvsu.ru/Books/ekologija/page0009.asp
3. http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/struktura-populyacii.html
4. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=362
5. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=365
6. http://www.bestreferat.ru/referat-121040.html
7. http://oplib.ru/random/view/1202219
8. http://www.studfiles.ru/preview/1485885/

Лекция №5

Тема «Экосистемы. Виды биотических отношений. Биосфера.»

План лекции:

1. Определение и понятие экосистемы.
2. Природные экосистемы.

А) Наземные экосистемы.

Б) Пресноводные экосистемы.

В) Морские экосистемы.

3. Классификация организмов по типу необходимой им энергии.
4. Классификация организмов по роли в переносе энергии через экосистему и в круговороте веществ.
5. Пищевые цепи.
6. Биологическая продуктивность экосистемы.
7. Экологические сукцессии.
8. Виды биотических отношений.
9. Понятие о биосфере.
10. Основные положения учения о биосферы.
11. Структура биосферы.
12. Оболочки Земли.
13. Границы биосферы (экосферы).
14. Живое вещество как системообразующий фактор биосферы.
15. Свойства биосферы.
16. Функции биосферы

Основные понятия и определения:

Текст лекции

1. Определение и понятие экосистемы.

Экологическая система, или экосистема, — основная функциональная единица в экологии.

Термин «экосистема» был введен в употребление А. Тенсли в 1935 г., спустя более полувека после выделения экологии как самостоятельной отрасли научных знаний (1866). Экологической системой, или экосистемой, называется совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом, обусловленной обменом веществ и распределением потока энергии.

Каждая экосистема характеризуется совокупностью свойств и структурой.

С точки зрения изучения проблем устойчивого функционирования экосистем интерес представляют такие основные свойства, как способность к образованию живого вещества из компонентов неживой природы, способность осуществлять круговорот веществ в экосистеме, видовое разнообразие, способность поддерживать ее нормальное функционирование в условиях изменяющейся среды обитания и др.

Важнейшей с точки зрения организации экосистем является их видовая структура.

Экосистема — это функциональное единство живых организмов и среды их обитания. Основные характерные особенности экосистемы — ее безразмерность и безранговость.

Единицей классификации экосистем является биом — это крупная, региональная или субконтинентальная природная зона или область с определенными климатическими условиями и соответствующим набором доминирующих видов растений и животных (Ю. Одум, 1986).

Каждая экосистема может характеризоваться определенными границами (экосистема елового леса, экосистема низинного болота). Однако само понятие «экосистема» безранговое. Она обладает признаком безразмерности, ей не свойственны территориальные ограничения. Обычно экосистемы разграничиваются элементами абиотической среды, например рельефом, видовым разнообразием, физико-химическими и трофическими условиями и т.н. Размер экосистем не может быть выражен в физических единицах измерения (площадь, длина, объем и т.д.). Он выражается системной мерой, учитывающей процессы обмена веществ и энергии. Поэтому под экосистемой обычно понимают совокупность компонентов биотической (живые организмы) и абиотической среды, при взаимодействии которых происходит более или менее полный биотический круговорот, в котором участвуют продуценты, консументы и редуценты. Термин «экосистема» применяется и по отношению к искусственным образованиям, например экосистема парка, сельскохозяйственная экосистема (агроэкосистема).

Особая экосистема — биогеоценоз — участок земной поверхности с однородными природными явлениями. Составными частями биогеоценоза являются климатоп, эдафотоп, гидротоп (биотоп), а также фитоценоз, зооценоз и микробоценоз (биоценоз).

В отечественной литературе широко применяется термин «биогеоценоз», предложенный в 1940 г. B. Н Сукачевым. По его определению, биогеоценоз — «совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, почвы и гидрологических условий), имеющая особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии».

В биогеоценозе В.Н. Сукачев выделял два блока: экотоп — совокупность условий абиотической среды и биоценоз — совокупность всех живых организмов (рис. 1). Экотоп часто рассматривают как абиотическую среду, не преобразованную растениями (первичный комплекс факторов физико-географической среды), а биотоп — как совокупность элементов абиотической среды, видоизмененных средообразующей деятельностью живых организмов.

Существует мнение, что термин «биогеоценоз» в значительно большей степени отражает структурные характеристики изучаемой макросистемы, тогда как в понятие «экосистема» вкладывается, прежде всего, ее функциональная сущность. Фактически же между этими терминами различий нет.

Экосистемы можно разделить по масштабам на: микроэкосистемы (подушка лишайника, дерево в лесу, прибрежные заросли водных растений), мезоэкосистемы (пруд, озеро, степь, болото, сосновый лес, ржаное поле), макроэкосистемы (континент, океан, море, пустыня) и, наконец, глобальную экосистему (биосфера Земли) или экосферу – интеграция всех экосистем мира.

С целью получения продуктов питания человек искусственно создает агроэкосистемы. Они отличаются от естественных малой устойчивостью и стабильностью, однако более высокой продуктивностью.

2. Природные экосистемы.

В зависимости от природных и климатических условий можно выделить три группы и ряд типов природных экосистем(биомов). В основе классификации для наземных экосистем лежит тип естественной (исходной) растительности, для водных экосистем – гидрологические и физические особенности.

А) Наземные экосистемы.

Размещение по земной поверхности основных наземных биомов определяют два абиотических фактора – температура и количество осадков. Климат в разных районах земного шара неодинаков. Годовая сумма осадков меняется от 0 до 2500 мм и более. В связи с неравномерностью выпадения осадков различают влажные – гумидные (до 2000 мм/год) и засушливые (менее 250 мм/год) – аридные зоны; умеренные зоны расположены там, где выпадает промежуточное количество осадков (250–750 мм/год).  При этом они выпадают равномерно в течение года или их основная доля приходится на определенный период – влажный сезон. Среднегодовая температура также варьирует от отрицательных величин до 38° С. Температуры могут быть практически постоянными в течение всего года (у экватора) или меняться по сезонам.

1. Тундры (в северном полушарии к северу от тайги). Климат очень холодный с полярным днем и полярной ночью, среднегодовая температура ниже 0°С. За несколько недель короткого лета земля оттаивает не более чем на один метр в глубину. Осадков менее 200-300 мм в год. Растительность: отсутствуют деревья, господствуют медленно растущие лишайники, мхи, травы (злаки и осоки), стелющиеся или карликовые кустарнички (брусника, черника) и кустарники (карликовая береза). Животный мир небогат, встречаются крупные травоядные копытные – северный олень (Евразия) и карибу (Северная Америка), мелкие роющие млекопитающие (лемминги), хищники (песец, горностай, ласка). Среди птиц преобладают полярная сова, ржанка, пуночка. Среди насекомых обильны двукрылые. Почвы тундровые – бедные с малой мощностью над слоем вечной мерзлоты. Очень ранимые экосистемы из-за медленного их восстановления.

2. Бореальные хвойные леса (тайга) (северные районы Евразии и Северной Америки). Климат: долгая и холодная зима, много осадков выпадает в виде снега. Растительность: господствуют вечнозеленые хвойные леса (ель, пихта, сибирская кедровая сосна, сосна обыкновенная, лиственницы) с мощной лесной подстилкой. Животный мир: крупные травоядные копытные (лось), мелкие растительноядные млекопитающие (барсук, белка, бурундук), хищники (медведь, рысь, росомаха, соболь, лисица, волк, норка), обилен гнус. Характерно множество болот и озер. Почвы подзолистые, дерново-подзолистые, мерзлотно-таежные – маломощные и бедные.

3. Листопадные леса умеренной зоны (широколиственные леса) (Западная Европа, Восточная Азия, восток США).Климат сезонный с зимними температурами ниже 0°С, осадков 750–1500 мм в год. Растительность: господствуют широколиственные листопадные породы деревьев (дуб, бук, клен, липа, ясень, граб), кустарниковый подлесок, мощная лесная подстилка. Животный мир: млекопитающие (лоси, медведи, рыси, лисицы, волки, белки, землеройки), птицы (дятлы, дрозды, совы, соколы). Биота адаптирована к сезонному климату: спячка, миграции, состояние покоя в зимние месяцы. Почвы бурые и серые лесные. В этих районах человеческая цивилизация получила наибольшее развитие, поэтому большая часть широколиственных лесов заменена культурными сообществами.

4. Степи умеренной зоны (в Евразии) и их аналоги: прерии (в Северной Америки), пампасы (в Южной Америки), туссоки (в Новой Зеландии). Климат сезонный, лето от умеренного теплого до жаркого, зимние температуры ниже 0°С, осадков 250–750 мм в год. Растительность: господствуют дерновинные злаки высотой до 2 м и выше в некоторых прериях Северной Америки или до 50 см, например, в степях России, с отдельными деревьями и кустарниками на влажных участках. Животный мир: крупные растительноядные млекопитающие – бизоны, вилорогие антилопы (Северная Америка), сайгаки, а ранее дикие лошади – тарпан (Евразия), кенгуру (Австралия), жирафы, зебры, белые носороги, антилопы (Африка); мелкие роющие млекопитающие (суслики, сурки, полевки, кролики), хищники (волки, койоты, львы, леопарды, гепарды, гиены), разнообразные птицы. Почвы: черноземы (самые плодородные почвы в мире) и каштановые. Большая часть степей в настоящее время используется под пашню, пастбища, сенокосы и т.д.

5. Чапараль (Средиземноморье, южный берег Австралии, в Калифорнии, Мексике и Грузии). Климат мягкий умеренный (средиземноморский – дождливая зима и засушливое лето), осадков 500-700 мм. Растительность: деревья и кустарники с жесткими вечнозелеными листьями (лавр, дуб, мирт, олеандр, можжевельник, дикая фисташка). Почвы коричневые и серо-коричневые.

6. Тропический грасленд и саванны (Центральная и Восточная Африка, Южная Америка, Австралия, значительная часть Южной Индии). Климат сухой и жаркий большую часть года, температура высокая круглый год, осадков 250–750 мм в год, распределяются неравномерно по сезонам (влажный и сухой сезоны). Растительность: травянистая растительность (злаковые) с редкими листопадными деревьями (баобабы, акации, пальмы). Животный мир: крупные растительноядные млекопитающие (антилопы, зебры, жирафы, носороги, слоны), хищники (львы, леопарды, гепарды), птицы (африканский страус, грифы). Много кровососущих насекомых, например, муха цеце. Почвы красные ферраллитные, красно-бурые и коричнево-красные. На распаханных землях выращивают злаковые, хлопчатник, арахис, сахарный тростник.

7. Пустыни травянистая и кустарниковая (некоторые районы Африки, например Сахара, Ближнего Востока и Центральной Азии, Большой Бассейн и юго-запад США, север Мексики и др.). Климат очень сухой, с жарким днем и холодными ночами, осадков менее 200–250 мм в год. Растительность: ксерофитные травы и редкостойный кустарник, кактусы, множество эфемеров, быстро развивающихся после непродолжительных дождей. Корневые системы у растений обширные, поверхностные, перехватывающие влагу редких осадков или стержневые корни, проникающие в землю до уровня грунтовых вод (30 м и глубже). Животный мир: разнообразные грызуны (тушканчики, суслики), копытные (куланы, джейран, вилорогая антилопа), хищники (волк, койот, корсак). Из птиц саджа, рябки, жаворонки. Много пресмыкающиеся, насекомых и паукообразных. Почвы светло-бурые, сероземы. Экосистемы хрупкие, легко нарушаются в результате перевыпаса, ветровой и водной эрозии.

8. Полувечнозеленые сезонные листопадные тропические леса (тропическая часть Азии, Центральная Америка). Климат со сменой сухого (4–6 месяцев) и влажного сезонов, среднегодовое количество осадков 800–1300 мм в год. Растительность: господствуют леса. Доминируют деревья верхнего яруса, сбрасывающие листья в сухой сезон. Нижний ярус образуют в основном вечнозеленые деревья и кустарники. Много лиан и эпифитов. Животный мир: практически так же богат, как в вечнозеленых тропических дождевых лесах. Характерны слоны, жирафы, буйволы. Почвы красные ферраллитные.

9. Вечнозеленые тропические дождевые леса (север Южной Америки, Центральная Америка, западная и центральная части экваториальной Африки, Юго-Восточная Азия, прибрежные районы северо-запада Австралии, острова Индийского и Тихого океанов). Климат без смены сезонов в связи с близостью к экватору, среднегодовая температура выше 17°С (обычно 28° С), среднегодовое количество осадков превышает 2000–2500 мм в год. Растительность. Деревья разной высоты образуют густой полог из многих ярусов (выделяют до 10–12 ярусов). Кустарники отсутствуют, травяной покров беден. На стволах и ветвях деревьев развиваются растения-эпифиты, корни которых не достигают почвы, и деревянистые лианы, укореняющиеся в почве и взбирающиеся по деревьям до их вершин. Видовое разнообразие растений огромно. Животный мир по видовому составу богаче, чем во всех других биомах вместе взятых: млекопитающие (обезьяны, ленивцы, ягуары), птицы (попугаи, колибри, туканы). Встречаются многочисленные пресмыкающиеся, земноводные, насекомые с яркой окраской. Почвы красно-желтые ферраллитные – маломощные и бедные органическим веществом и минеральными элементами питания растений. Большая часть питательных веществ закреплена в биомассе растительности. При сведении тропических лесов под пашню почвы теряют плодородие за 2–3 года.

Б) Пресноводные экосистемы:

Распределение организмов в водных экосистемах зависит от степени освещенности. Выделяются следующие зоны:

• литоральная зона (толща воды, где солнечный свет доходит до дна),
• лимническая зона (толща воды до глубины, куда проникает всего 1% от солнечного света и где затухает фотосинтез),
• эвфотическая зона (вся освещенная толща воды – включает литоральную и лимническую зоны),
• профундалъная зона (дно и, толща воды, куда не проникает солнечный свет).

В проточных водоемах выделяют:

• перекаты (мелководные участки с быстрым течением: дно без ила, встречаются преимущественно прикрепленные формы перифитона и бентоса),
• плесы (глубоководные участки: течение медленное, на дне мягкий илистый субстрат и роющие животные).

По количеству проникающего света водоемы подразделяют на две горизонтальные зоны:

• верхнюю или эфотичесую (до 100–200 м),
• нижнюю или афотическую, простирающуюся до больших глубин, где света для фотосинтеза недостаточно.

1. Лентические экосистемы (озера, пруды, водохранилища и др.). Литоральная зона населена двумя группами растений: укрепившиеся в дне (камыши, рогозы, кувшинки, прикрепленные водоросли и др.) и плавающие (водоросли, рдесты и др.). Животные в литорали более разнообразны, чем в других зонах водоема. Встречаются моллюски, коловратки, мшанки, личинки насекомых и др. Рыбы большую часть жизни проводят в литорали и здесь же размножаются. Многие обитающие здесь животные дышат кислородом атмосферного воздуха (лягушки, саламандры, черепахи и др.). Зоопланктон представлен ракообразными, имеющими большое значение для питания рыб (дафнии и др.). Лимническая зона. Продуценты представлены фитопланктоном. В водоемах умеренного пояса «цветение» весной связано с массовым развитием диатомовых, летом – зеленых, осенью – азотфиксирующих сине-зеленых водорослей. Зоопланктон представлен растительноядными ракообразными и коловратками. Нектон лимнической зоны – только рыбы. Профундальная зона около дна представлена бентосными формами – личинками насекомых, моллюсками, кольчатыми червями, сапротрофными бактериями и грибами.

2. Лотические экосистемы (реки, родники, ручьи и др.) отличаются от стоячих водоемов следующими особенностями:

• наличие течения;
• более активный обмен между водой и сушей;
• более высокое содержание кислорода и более равномерное его распределение;
• преобладание детритных цепей питания (здесь более 60% энергии консументы получают от привнесенного материала).

Выделяют логические сообщества перекатов и плесов. На перекатах поселяются организмы, способные прикрепиться к субстрату (например, нитчатые водоросли) или хорошие пловцы (например, форель). На участках плеса сообщества напоминают прудовые. В больших реках прослеживается продольная зональность: в верховьях – сообщества перекатов, в низовьях и дельте – плесов, между ними местами могут возникать и те и другие. Видовой состав рыб к низовьям обедняется, но увеличиваются их размеры.

3. Заболоченные участки и болота бывают низинные (имеют, как правило, питание подземными водами) и верховые (питаются атмосферными осадками). Верховые могут встречаться в любом понижении или даже на склонах гор, низинные возникают вследствие зарастания озер и речных стариц. Здесь распространены болотные растения. Болотные почвы и торфяники содержат много углерода. Их сельскохозяйственная отработка приводит к выделению в атмосферу большого количества углекислого газа.

В) Морские экосистемы.

1. Открытый океан беден биогенными элементами. Эти районы можно считать «пустынями» по сравнению с прибрежными водами. Арктические и антарктические зоны более продуктивны, так как плотность планктона растет при переходе от теплых морей к холодным, и фауна рыб и китообразных здесь значительно богаче. Продуцентом выступает фитопланктон, им питается зоопланктон, а тем в свою очередь нектон. Видовое разнообразие фауны снижается с глубиной. На глубине в стабильных местообитаниях сохранились виды из далеких геологических эпох.

2. Глубоководные рифтовые зоны океана находятся на глубинах около 3000 м и более. Условия жизни в экосистемах глубоководных рифтовых зон очень своеобразны. Это полная темнота, огромное давление, пониженная температура воды, недостаток пищевых ресурсов, высокая концентрация сероводорода и ядовитых металлов, встречаются выходы горячих подземных вод, и т. д. В результате живущие здесь организмы претерпели следующие адаптации: редукция плавательного пузыря у рыб или заполнение его полости жировой тканью, атрофирование органов зрения, развитие органов светосвечения и др. Живые организмы представлены гигантскими червями (погонофорами), крупными двустворчатыми моллюсками, креветками, крабами и отдельными видами рыб. Продуцентами выступают сероводородные бактерии, живущие в симбиозе с моллюсками.

3. Область континентального шельфа является самой богатой в фаунистическом отношении. Прибрежная зона очень благоприятна по условиям питания, даже в дождевых тропических лесах нет такого разнообразия жизни, как здесь.

4. Районы апвеллинга расположены вдоль западных пустынных берегов континентов. Здесь наблюдается апвеллинг – подъем холодных вод с глубины океана, так как ветры перемещают воду от крутого материкового склона, а взамен ей из глубины поднимается вода, обогащенная биогенными элементами. Эти районы богаты рыбой и птицами, живущими на островах.

5. Эстуарии, лиманы, устья рек, прибрежные бухты и т. д. – прибрежные водоемы, представляющие собой экотоны между пресноводными и морскими экосистемами. Это высокопродуктивные районы, где наблюдается аутвеллинг –привнесение биогенных элементов с суши. Они обычно входят в литоральную зону и подвержены приливам и отливам. Здесь встречаются болотные и морские травы, водоросли, рыба, крабы, креветки, устрицы и т.д.

Равновесное (устойчивое) состояние экосистемы обеспечивается на основе круговоротов веществ. В этих круговоротах непосредственно участвуют все составные части экосистем.

Рис. 1. Структура биогеоценоза и схема взаимодействия между компонентами

Природные экосистемы – это открытые системы, так как для того, чтобы экосистема существовала неограниченно долго, она должна обладать свойствами связывания и высвобождения энергии и в ней должен осуществляться круговорот веществ. Свойства экосистем, и механизмы, обеспечивающие устойчивое существование, определяются их структурной организацией.

3. Классификация организмов по типу необходимой им энергии.

По способу получения живыми организмами необходимой им энергии их подразделяют на автотрофные и гетеротрофные организмы.

Автотрофы (самопитающие) составляют основную массу всех живых существ и полностью отвечают за образование всего нового органического вещества в любой экосистеме, т.е. являются производителями продукции – продуцентами экосистем. Это организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ – диоксида углерода и воды – посредством процессов фотосинтезa и хемосинтеза. Фотосинтез осуществляют фотоавтотрофы – все хлорофиллоносные (зеленые) растения и микроорганизмы. Хемосинтез наблюдается у некоторых хемоавтотрофных бактерий, которые используют в качестве источника энергии окисление водорода, серы, сероводорода, аммиака, железа. Хемоавтотрофы в природных экосистемах играют относительно небольшую роль, за исключением чрезвычайно важных нитрифицирующих бактерий.

Рис. 2. Упрощенная схема переноса веществ и энергии в экосистеме:

Гетеротрофы (питающиеся другими)— организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Гетеротрофы в основном представлены животными, которые получают органическое вещество с пищей, а также бактериями и грибами, получающими энергию путем усвоения веществ в процессе разложения мертвого органического вещества. У некоторых групп бактерий, как и большинства растений-паразитов и насекомоядных растений совмещаются автотрофные и гетеротрофные функции. В отличие от автотрофов-продуцентов гетеротрофы выступают как потребители и деструкторы (разрушители) органических веществ. Образующиеся в процессе жизнедеятельности гетеротрофов неорганические соединения усваиваются автотрофами.

4. Классификация организмов по роли в переносе энергии через экосистему и в круговороте веществ:

• продуценты,
• консуенты,
• редуценты.

Продуценты – это автотрофные организмы, синтезирующие органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. Таким образом, продуценты являются производителями органического вещества в природных сообществах, при этом они превращают энергию солнечного излучения в «запасенную» энергию химических связей органических веществ и вовлекают в круговорот элементы неживой природы, включая их в состав тканей организмов.

Консументы – гетеротрофные организмы, использующие органическое вещество, синтезированное продуцентами, для построения и в качестве источника энергии. В этой группе выделяют несколько порядков.

1. Консументы первого порядка – растительноядные животные (фитофаги), питающиеся живыми растениями (тля, кузнечик, гусь, овца, олень, слон).

2. Консументы второго порядка – плотоядные животные (зоофаги), поедающие других животных, – различные хищники (хищные насекомые, насекомоядные и хищные птицы, хищные рептилии и звери).

3. Консументы третьего порядка – животные, которые питаются консументами второго порядка. В эту группу входят хищники, питающиеся плотоядными животными, а также животные, ведущие паразитический образ жизни.

4. Паразиты, живущие за счет веществ организма-хозяина; это уже не только животные (черви, насекомые, клещи), но и различные микроорганизмы (бактерии, простейшие), а также некоторые грибы и растения.

5. Симбиотрофы – бактерии, грибы, простейшие, которые, питаясь соками или выделениями организма-хозяина, выполняют вместе с этим и жизненно важные для него трофические функции; это мицелиальные грибы – микоризы, участвующие в корневом питании многих растений; клубеньковые бактерии бобовых, связывающие молекулярный азот; микробиальное население сложных желудков жвачных животных, повышающее переваримость и усвоение поедаемой растительной пищи. Существует немало животных со смешанным питанием, потребляющих и растительную, и животную пищу.

6. Детритофаги, или сапрофаги, – организмы, питающиеся мертвым органическим веществом – остатками растений и животных. Это различные гнилостные бактерии, грибы, черви, личинки насекомых, жуки-копрофаги и другие животные – все они выполняют функцию очищения экосистем. Детритофаги участвуют в образовании почвы, торфа, донных отложений водоемов. Крупные сапрофаги (например, членистоногие) механически разрушают мертвые ткани, подготавливая вещество к воздействию редуцентов.

Редуценты – бактерии и низшие грибы – завершают деструктивную работу консументов и сапрофагов, доводя разложение органики до ее полной минерализации и возвращая в среду экосистемы последние порции двуокиси углерода, воды и минеральных элементов.

Все названные группы организмов в любой экосистеме тесно взаимодействуют между собой, согласуя потоки вещества и энергии. Их совместное функционирование не только поддерживает структуру и целостность биоценоза, но и оказывает существенное влияние на абиотические компоненты биотопа, обусловливая самоочищение экосистемы, ее среды. Это особенно хорошо проявляется в водных экосистемах, где существуют группы организмов-фильтраторов.

5. Пищевые цепи.

Функционально все виды, составляющие экосистему, распределяются на несколько групп в зависимости от их места в общей системе круговорота веществ и потока энергии. Равнозначные в этом смысле виды образуют отдельные трофические (пищевые) уровни, связанные системой пищевых (трофических) цепей по принципу пища – потребитель.

Пищевая цепь − система передачи вещества и энергии от организма к организму, в которой каждый предыдущий организм истребляется последующим.

Различают:

• пастбищные пищевые цепи
• детритные пищевые цепи
• паразитические пищевые цепи

Трофические цепи, представленные продуцентами и консументами, определяют как пастбищные пищевые цепи (цепи поедания).

Пищевые цепи, в которых осуществляются процессы деструкции и минерализации органических веществ определяются как детритные пищевые цепи.

Поток органического вещества в экосистеме на уровне консументов разделяется: живое вещество следует по цепям поедания, мертвое – по цепям разложения.

Однако, такая строгая картина перехода энергии с уровня на уровень не совсем реальна, поскольку трофические цепи экосистем сложно переплетаются, образуя трофические сети.

Конечный итог: рассеивание и потеря энергии, которая, чтобы существовала жизнь, должна возобновляться.

6. Биологическая продуктивность экосистемы.

Каждая экосистема обладает определенной продуктивностью.

Продуктивность экологической системы – это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию солнца в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество.

Различают разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и вторичная продукция. Органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени, называется первичной продукцией, а прирост за единицу времени массы консументов – вторичной продукцией.

Все живые компоненты экосистемы – продуценты, консументы, редуценты составляют общую биомассу (живой вес). Биомассу обычно выражают через сухой или живой вес, но можно выражать и в энергетических единицах – калориях, джоулях.

Трофические структуры можно выразить графически в виде экологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Известны три основных типа экологических пирамид:

1) пирамиды биомассы, характеризующие массу живого вещества на каждом уровне;

2) пирамиды энергии, показывающие, изменение энергии на последующих трофических уровнях;

3) пирамиды чисел, отражающие численность организмов на каждом уровне.

На рис 2. показана пирамида биомассы наземной экосистемы.

Рис. 2. – Пирамида биомассы наземной экосистемы

П – продуценты; РК – растительноядные консументы; ПК – плотоядные консументы

В наземных экосистемах суммарная масса растений превышает массу всех растительноядных, а их масса превышает всю биомассу хищников. Для экосистемы океана пирамида биомассы имеет перевернутый вид, т. е характерна тенденция накапливания биомассы на более высоких уровнях.

Пирамиду чисел рекомендуют приводить в табличной форме. Более совершенной является пирамида энергии, она отражает расходование энергии в трофических цепях.

Знание энергетики экосистемы и количественных ее показателей позволяют точно учесть возможность изъятия из природной экосистемы того или иного количества растительной и животной биомассы без подрыва ее эффективности.

Солнце для планеты Земля — это жизнь для всего живого. На поверхность планеты Земля ежегодно поступает примерно 55 ккал/см2. При этом растения фиксируют не более 1—2% солнечной энергии, остальное затрачивается на нагревание атмосферы, суши и испарения.

Из накопленной растениями солнечной энергии не более 7—10% достается растительноядным животным, питающимся живыми растениями.

По продуктивности экосистемы разделяются на 4 класса.

1. Экосистемы очень высокой биологической продуктивности — свыше 2 кг/м2 в год. К ним относятся заросли тростника в дельтах Волги, Дона и Урала. По продуктивности они близки к экосистемам тропических лесов и коралловых рифов.

2. Экосистемы высокой биологической продуктивности — 1—2 кг/м2 в год. Это липово-дубовые леса, прибрежные заросли тростника на озере, посевы кукурузы и многолетних трав при орошении.

3. Экосистемы умеренной биологической продуктивности — 0,25—1 кг/м2 в год. Такую продуктивность имеют многие растения: сосновые и березовые леса, сенокосные луга и степи, "морские луга", водоросли в Японском море.

4. Экосистемы низкой биологической продуктивности — менее 0,25 кг/м2 в год. Это арктические пустыни островов Северного Ледовитого океана, тундры, полупустыни.

Средняя продуктивность экосистем Земли не превышает 0,3 кг/м2 в год.

Биологическая продуктивность экосистем — основа жизни биосферы и человека как ее части. Она зависит от ресурсов почвы (ее обеспеченности питательными элементами и влагой), атмосферы, солнечного света и тепла. Каждый из этих ресурсов незаменим. Продуктивность экосистемы в основном зависит от того ресурса, которого недостаточно или который находится в избытке (пример: переувлажнения почвы или высокая температура воздуха).

Такой ресурс называется лимитирующим (т. е. ограничивающим) фактором; так, например, в Прикаспийской низменности урожай лимитируется количеством осадков. В зоне тундры и горных районов урожай лимитируется количеством тепла.

Чтобы повысить продуктивность экосистем, человек стремится уменьшить влияние лимитирующих факторов — вносит удобрения, сажает влаголюбивые культуры, строит теплицы, парники.

Биологическая продуктивность может снижаться и при загрязнении экосистем газообразными или жидкими ядовитыми отходами промышленных и сельскохозяйственных предприятий (кислотные дожди, ядохимикаты, дефолианты и т. д.).

Любое нарушение взаимосвязей в экосистемах означает нарушение энергетических потоков. Производство способно развиваться только за счет использования ресурсов окружающей среды. Но нарушение энергетики биосферы более чем на 1\% может привести к резкому нарастанию энтропии и гибели всей системы в результате термодинамического кризиса.

Таким образом, биологическая продуктивность — основа жизни и человека. Она зависит от ресурсов почвы, от атмосферы, солнечного света и тепла. Каждый из этих элементов незаменим.

7. Экологические сукцессии.

Процессы последовательной смены биоценозов другими в течение длительного периода времени, протекающие под влиянием как внешних факторов, так и внутренних, называются сукцессиями.

Сукцессия — естественное явление, хотя часто обусловлено вмешательством человека.

Сукцессия, протекающая на вновь образовавшемся субстрате, называется первичной. Сукцессия на территории, уже занятой растительностью, называется вторичной.

Экологические сукцессии — это последовательная смена экосистем при постепенном направленном изменении условий среды: например, при изменении климата. С изменением условий среды изменяется состав живых организмов и продуктивность экосистемы. Постепенно роль одних видов убывает, а других увеличивается, разные виды выбывают из состава экосистемы или, наоборот, пополняют его. Сукцессии могут вызываться внутренними и внешними факторами и могут протекать иногда быстро, иногда столетиями. Если изменение среды будет резким (пожар, разлив большого количества нефти, проход колесной и гусеничной техники в тундре), то экологическое равновесие нарушается.

Постоянство циклов питательных элементов наблюдается тогда, когда весь углерод и азот, усвоенные экосистемой из атмосферы, в результате деятельности редуцентов возвращаются в нее. Все элементы минерального питания (фосфор, калий, кальций и т. д.) после разложения мертвого органического вещества возвращаются в почвенный раствор для повторного использования корнями растений.

Экосистема поддерживает равновесие за счет того, что в нее постоянно поступает новая солнечная энергия. Экологическое равновесие поддерживается в экосистемах сложными механизмами взаимоотношений между живыми организмами и условиями среды, между особями одного вида и особями разных видов друг с другом.

Экологическое равновесие — это состояние экосистемы, при котором состав и продуктивность биотической части (растений, животных, грибов, бактерий, водорослей) в каждый конкретный момент времени наиболее полно соответствует абиотическим условиям — почве и климату. Главная особенность экологического равновесия экосистемы — его подвижность.

В экосистеме постоянно происходят обратимые изменения.

Это изменения экосистемы в течение года с весны до весны при колебаниях климата в разные годы и изменении роли некоторых видов растений в связи с ритмами их жизненного цикла (например, цветение дуба один раз в 4 года, вспышки численности непарного шелкопряда в лесу или мышевидных грызунов в степи). При таких изменениях видовой состав экосистемы сохраняется, она лишь подстраивается к колебаниям.

Однако под воздействием закона оптимальности, гласящего, что любая система лучше всего функционирует только в строго определенных пространственно-временных пределах, чрезмерно крупные особи, требующие слишком большого количества пищи для поддержания своей энергетики, обычно вымирают.

Экологическая сукцессия происходит в определенный отрезок времени, в который изменяется видовая структура сообщества и абиотическая среда его существования вплоть до кульминации его развития – возникновения стабилизированной системы. В более узком смысле, это последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном районе.

Если в первый момент появляются автотрофные организмы, сукцессия носит название автотрофной. Например, развитие леса на оставленном поле. Видовой состав организмов меняется от года к году, а в сообществе идет накопление органического вещества.

Гетеротрофная сукцессия характеризуется начальным преобладанием гетеротрофных организмов и встречается в тех случаях, когда среда перенасыщена органическим веществом. Энергетические запасы здесь поначалу максимальны и снижаются по мере сукцессии, если, конечно, не вносится дополнительное органическое вещество.

Поток энергии, проходящий через сообщество, в ходе гетеротрофной сукцессии падает. Она завершается после того, как исчерпан излишек органического вещества. В противоположность этому при автотрофном типе сукцессии поток энергии может даже возрастать.

Для возникновения сукцессии необходимо свободное пространство, и зависимости от первоначального состояния субстрата, различают первичную и вторичную сукцессии.

Первичная сукцессия – это если формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате, а вторичная сукцессия – это последовательная смена одного сообщества, существовавшего на данном субстрате, другим, более совершенным для данных абиотических условий.

Первичная сукцессия позволяет проследить формирование сообществ с самого начала. Она может возникнуть на склоне после оползания или обвала, на образовавшейся отмели при отступлении моря и изменении русла рекой, на обнаженных эоловых песках пустыни, не говоря уже об антропогенных нарушениях: свежая лесосека, намывная полоса морского побережья, искусственные водохранилища.

Типичным примером является заселение обнажений горных пород. Вначале на скалах появляются лишайники и водоросли формируется комплекс видов микроскопических водорослей, простейших, нематод, некоторых насекомых и клещей, который способствует образованию первичной почвы. Позже возникают другие формы лишайников, специализированные виды мхов, затем поселяются сосудистые растения и обогащается фауна

Сукцессии, обусловленные действием внешних факторов, называют экзогенетическими. Такие сукцессии могут быть вызваны, например, изменением климата в одном направлении (похолодание или потепление) и другими изменениями абиотических условий. Такие смены могут происходить в течение столетий и тысячелетий и их называют вековыми сукцессиями. Если в результате изменения условий среды одни виды вымирают, а другие изменяются под действием естественного отбора, данный процесс рассматривается как эволюционная сукцессия.

Если сукцессия происходит вследствие внутренних взаимодействий, она называется эндогенетической. Эндогенетические сукцессии наблюдаются в природе, когда в процессе своего развития сообщество изменяет среду так, что она становится более благоприятной для другого сообщества. Формирующееся новое сообщество в свою очередь делает среду еще более неблагоприятной для прежнего сообщества. Происходит процесс смены экосистем, проходящий несколько стадий, до тех пор, пока не будет достигнуто окончательное популяционное равновесие.

Сукцессия заканчивается формированием сообщества, адаптированного к климатическим условиям, способного поддерживать себя неограниченно долго, внутренние компоненты которого уравновешены друг с другом и с окружающей средой.

Завершающее сукцессию сообщество - устойчивое, самовозобновляющееся и находящееся в равновесии со средой – называется климаксным сообществом.

Климакс – это высшая, наиболее сбалансированная ступень сукцессии, которая может существовать очень длительное время.

Последовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией. Она наблюдается в природе не только в лесах, болотах и озерах, но и на стволах отмирающих деревьев и в пнях, где происходит закономерная смена сапрофитов и сапрофагов, в лужах и прудах и т. д. Иными словами, сукцессии разномасштабны и иерархичны, так же как и сами экосистемы.

Каждая стадия сукцессии представляет собой определенное сообщество с преобладанием тех или иных видов и жизненных форм. Отдельные стадии развития сукцессии называют сериальными стадиями.

Однако прогрессивными процессами характеризуются обычно только сукцессии, связанные с естественными воздействиями. Если же происходит быстрое и массированное нарушение гомеостаза, например при вторжении человека, то эволюционные механизмы нарушаются и системы не могут восстановить внутреннее равновесие на прежнем высоком организационном уровне. В лучшем случае они заменяются другими, как правило, менее продуктивными и устойчивыми, а в худшем — происходит опустынивание, уничтожение или резкое снижение биомассы с невозможностью ее самовосстановления.

Дело в том, что чем организованнее, совершеннее вид, тем сложнее его генетический аппарат, обеспечивающий устойчивость, сохранение в поколениях наследственных признаков. Конечно, у таких видов, в том числе у человека, как правило, довольно высокая приспособляемость к различным значениям экологических факторов. Однако и она имеет свои пределы. И если они нарушаются слишком резко или быстро, то генетическая устойчивость, в нормальных условиях помогающая виду сохранить свои достоинства, оборачивается его гибелью.

Менее организованные, но более способные к мутации виды получают преимущество и вытесняют более организованные виды, занимая их экологические ниши. При этом часто новые виды оказываются более агрессивными и трудноуничтожаемыми за счет высокой изменчивости (как это произошло с вирусом СПИДа, пришедшим на смену вирусам кори, скарлатины и др.).

8. Виды биотических отношений.

Основу возникновения и существования биоценозов представляют отношения организмов, их связи, в которые они вступают друг с другом, населяя один и тот же биотоп. Эти связи определяют основные условия жизни видов в сообществе, возможности добывания пищи и завоевания нового пространства.

При описании экологических связей организмов важно знать, где живет организм и какова его роль в качестве одной из составных частей той экосистемы, в которую он входит. Важнейшее значение в экологии имеют поэтому представления о местообитании и экологической нише.

Классификации биоценотических отношений могут строиться с использованием разных принципов. Один из популярных подходов – оценка возможного результата контактов двух особей. Для каждой из них результат принимается как положительный, отрицательный или нейтральный. Сочетания результатов по 2 из 3-х возможных дают формальную схему из 6 вариантов, которая и положена в основу этой классификации.

Возможные типы комбинаций и отражают различные виды взаимоотношений:

А) Полезно-полезные отношения

• Мутуализм (симбиоз) — виды не могут существовать друг без друга (бобовые растения и бактерии, фиксирующие азот). Классический пример симбиотических отношений – лишайники, представляющие тесное сожительство гриба и водоросли. Гриб получает вещества, ассимилированные водорослями. Воду и минеральные вещества водоросли получают из гиф гриба. Другой пример – травоядные копытные и целлюлозоразрушающие бактерии. Целлюлозоразрушающие бактерии обитают в желудке и кишечнике травоядных копытных. Они продуцируют ферменты, расщепляющие целлюлозу, поэтому обязательно нужны травоядным, у которых таких ферментов нет. Травоядные копытные со своей стороны предоставляют бактериям питательные вещества и среду обитания с оптимальной температурой, влажностью и т. д. Известно сожительство многих видов деревьев с микоризными грибами, бобовых растений – с клубеньковыми бактериями, фиксирующими молекулярный азот воздуха.
• Протокооперация (содружество) — оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу (опыление пчелами луговых растений). Например, раки-отшельники и актинии. На раковине рака может поселяться коралловый полип актиния, который имеет стрекательные клетки, выделяющие яд. Актиния защищает рака от хищных рыб, а рак-отшельник, перемещаясь, способствует распространению актиний и увеличению их кормового пространства.

Б) Полезно-нейтральные отношения

• Комменсализм — один вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид — хозяин не имеет никакой выгоды, т.е. взаимная терпимость (гиены, подбирающие остатки добычи львов; мальки рыб, прячущиеся под зонтиками медуз):

• синойкия (квартирантство) (взаимоотношения некоторых актиний и тропических рыбок, тропические рыбки укрываются от нападения хищников среди щупалец актиний, которые имеют стрекательные клетки),
• трофобиоз (нахлебничество) (взаимоотношения крупных хищников и падалыциков: падальщики, например гиены, грифы, шакалы, питаются остатками жертв, убитых и частично съеденных крупными хищниками – львами).

В) Полезно-вредные отношения

• Хищничество —  взаимоотношения, при которых один из участников (хищник) умерщвляет другого (жертва) и использует его в качестве пищи (львы и зебры). Межвидовые отношения лежат в основе существования биотических сообществ (биоценозов). Состояние популяции хищника тесно связано с состоянием популяции жертв. Однако при сокращении численности популяции одного вида жертв хищник переключается на другой вид. Например, волки могут использовать в качестве пищи зайцев, мышей, кабанов, косуль, лягушек, насекомых и т.д. Частным случаем хищничества является каннибализм – умерщвление и поедание себе подобных. Встречается, например, у крыс, бурых медведей, человека. Обычно связь хищник–жертва понимается в широком смысле, включая все формы добывания пищи: 1) истинное хищничество, или хищничество в узком смысле слова; 2) паразитизм; 3) собирательство и 4) пастьба.
• Паразитизм — взаимоотношения, при которых паразит не убивает своего хозяина, а длительное время использует его как среду обитания и источник пищи (вирусы, патогенные бактерии, грибы, простейшие, паразитические черви и др.). Паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель (аскариды, вши - пример постоянных паразитов; слепни, блохи - пример временных паразитов). Облигатные паразиты ведут исключительно паразитический образ жизни и вне организма хозяина либо погибают, либо находятся в неактивном состоянии (вирусы). Факультативные паразиты ведут паразитический образ жизни, но в случае необходимости могут нормально жить во внешней среде, вне организма хозяина (патогенные грибы и бактерии).

Г) Нейтрально-вредные отношения

• Аменсализм − это взаимоотношения, при которых один организм воздействует на другой и подавляет его жизнедеятельность, а сам не испытывает никаких отрицательных влияний со стороны подавляемого. Например, ель и растения нижнего яруса. Плотная крона ели препятствует проникновению солнечных лучей под полог леса и подавляет развитие растений нижнего яруса. Частным случаем аменсализма является аллелопатия (антибиоз) – влияние одного организма на другой, при котором во внешнюю среду выделяются продукты жизнедеятельности одного организма, отравляя ее и делая непригодной для жизни другого. Аллелопатия распространена у растений, грибов, бактерий. Например, гриб-пеницилл продуцирует вещества, подавляющие жизнедеятельность бактерий. Пеницилл используют для получения пенициллина. Это первый открытый в медицине антибиотик.

Д) Вредно-вредные отношения

• Конкуренция – взаимоотношения, при которых организмы соперничают друг с другом за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последних. Организмы могут конкурировать за пищевые ресурсы, полового партнера, убежище, свет и т.д. Различают прямую и косвенную, межвидовую и внутривидовую конкуренции. Косвенная (пассивная) конкуренция – потребление ресурсов среды, необходимых обоим видам. Прямая (активная) конкуренция – подавление одного вида другим. Конкуренция приводит к естественному отбору в направлении увеличения экологических различий между конкурирующими видами и образованию ими разных экологических ниш.

• Внутривидовая конкуренция –  это соперничество между особями одного вида, каждый из организмов внутри вида оказывает на другой неблагоприятное воздействие.
• Межвидовая конкуренция — это соперничество между особями разных видов, каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие. Межвидовая конкуренция возникает между особями экологически близких видов. Межвидовая конкуренция, независимо от того, что лежит в ее основе, может привести либо к установлению равновесия между двумя видами, при котором ни один из видов не будет развиваться столь же успешно, как в отсутствии конкурента, либо к замене популяции одного вида популяцией другого, либо к тому, что один вид вытеснит другой в иное место или же заставит его перейти на использование иной пищи. Установлено, что два одинаковых в экологическом отношении и потребностях вида не могут сосуществовать в одном месте и рано или поздно один конкурент вытесняет другого. Это так называемый принцип исключения или принцип Гаузе.

Д) Нейтрально-нейтральные отношения

• Нейтрализм — оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга (белки и лоси; обезьяны и слоны).

К перечисленным выше типам отношений можно добавить детритофагию (питание остатками организмов).  Cапрофиты (сапротрофы) – питаются мертвыми организмами (личинки мясных мух, плесневые грибы, бактерии гниения). Этот тип обладает определенной специфичностью, выражающейся в том, что редуценты и детритофаги не контролируют скорость, с которой их ресурсы становятся доступными или возобновляются; они полностью зависят от скорости, с которой какой-нибудь другой фактор (болезнь, старение) высвобождает ресурс, обеспечивающий их жизнедеятельность.

Мутуалистические и конкурентные отношения представляют собой основную сущность внутривидовых связей.

Биотические взаимоотношения имеют чрезвычайно сложный и своеобразный характер и также могут быть прямыми и косвенными.

Другие классификации обращают внимание на иные аспекты биотических отношений, используя другие подходы. По классификации В. Н. Беклемишева, прямые и косвенные межвидовые отношения по тому значению, которое они могут иметь в биоценозе, подразделяются на 4 типа:

Топические связи проявляются в изменении одним видом условий обитания другого вида. Например, под хвойным лесом, как правило, отсутствует травянистый покров.

Форические связи возникают, когда один вид участвует в распространении другого вида. Перенос животными семян, спор, пыльцы растений называется зоохория, а мелких особей – форезия.

Фабрические связи заключаются в том, что один вид использует для своих сооружений продукты выделения, мертвые остатки или даже живых особей другого вида. Например, птицы используют для постройки гнезд ветви деревьев, шерсть млекопитающих, траву, листья, пух и перья других видов птиц т. п. Личинки ручейников строят домики из кусочков ветвей, коры или листьев растений, из раковин мелких видов катушек, захватывая даже раковинки с живыми моллюсками.

Трофические связи возникают между видами, когда один вид питается другим: живыми особями, мертвыми остатками, продуктами жизнедеятельности. Трофическая связь может быть прямой и косвенной. Прямая связь проявляется при питании львов живыми антилопами, гиен трупами зебр, жуков-навозников пометом крупных копытных и т.д. Косвенная связь возникает при конкуренции разных видов за один пищевой ресурс.

В результате взаимодействия энергетических явлений в пищевых цепях (потерь энергии при каждом переносе) и такого фактора, как зависимость метаболизма от размеров особи, каждое сообщество приобретает определенную трофическую структуру, которая часто служит характеристикой экосистемы (озера, леса, пастбища и т.д.).

Трофическую структуру и трофическую функцию можно изобразить графически в виде экологических пирамид. Основанием этих пирамид служит первый трофический уровень - уровень продуцентов, а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды.

Из трех типов экологических пирамид пирамида энергии дает наиболее полное представление о функциональной организации сообществ.

Экологические пирамиды можно отнести к трем основным типам:

1) пирамида численностей, отражающая численность отдельных организмов;

2) пирамида биомассы, характеризующая общую сухую массу, калорийность или другую меру общего количества живого вещества ;

3) пирамида энергии, показывающая величину потока энергии и (или) "продуктивность" на последовательных трофических уровнях.

Обобщая рассмотрение форм биотических отношений, можно сделать следующие выводы:

- отношения между живыми организмами являются одним из основных регуляторов численности и пространственного распределения организмов в природе;

- негативные взаимодействия между организмами проявляются на начальных стадиях развития сообщества или в нарушенных природных условиях; в недавно сформировавшихся или новых ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательных взаимодействий больше, чем в старых ассоциациях;

- в процессе эволюции и развития экосистем обнаруживается тенденция к уменьшению роли отрицательных взаимодействий за счет положительных, повышающих выживание взаимодействующих видов (поэтому в зрелых экосистемах доля сильных отрицательных взаимодействий меньше, чем в молодых).

Следовательно, с общеэкологических позиций все взаимодействующие друг с другом виды необходимы друг другу. В естественных условиях ни один вид не стремится и не может привести к уничтожению другого. Более того, исчезновение какого-либо естественного “врага” из экологической системы может привести к вымиранию того вида, на котором развивается этот “враг”.

9. Понятие о биосфере.

Биосфера − это глобальная экологическая система, состоящая из множества экосистем более низкого ранга, биогеоценозов, взаимодействием которых друг с другом и обусловлена ее целостность. Действительно, биогеоценозы существуют не изолированно − между ними существуют непосредственные связи и отношения. Например, в водные биогеоценозы ветром, дождями, талыми водами выносятся из наземных экосистем минеральные и органические вещества. Может происходить перемещение организмов из одного биогеоценоза в другой (например, сезонные миграции животных). И наконец, всех объединяет атмосфера Земли, служащая общим резервуаром для живых существ. В нее поступают кислород (выделяемый растениями в процессе фотосинтеза) и углекислый газ (образуемый в процессе дыхания аэробных организмов). Из атмосферы же растения всех экосистем черпают углекислый газ, необходимый им в процессе фотосинтеза, а все дышащие организмы получают кислород.

В 1875г. В научной литературе появился термин «биосфера». Его предложил Эдуард Зюсс (1831–1914) – известный австрийский геолог. Введя в науку новый термин, Э. Зюсс не дал ему определения, поэтому слово «биосфера» стало изредка использоваться в геологической и географической литературе, причем каждый раз в различном значении.

В 1926г. в Ленинграде вышла книга выдающегося русского ученого В. И. Вернадского «Биосфера». В этой книге впервые дано представление о биосфере Земли как о планетарной оболочке, наполненной, преобразованной и постоянно преобразуемой организмами.   В. И. Вернадский распространил понятие «биосфера» не только на организмы, но и на среду обитания. Биосферой Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов. Он впервые выявил активную преобразующую геологическую деятельность древних и современных организмов в изменении облика нашей планеты. «На земной поверхности нет химической силы, более постоянно действующей, а поэтому более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом». 

Участие каждого отдельного организма в геологической истории Земли ничтожно мало. Однако живых существ на Земле бесконечно много, они обладают высоким потенциалом размножения, активно взаимодействуют со средой обитания и в конечном счете представляют в своей совокупности особый, глобальных масштабов фактор, преобразующий верхние оболочки Земли.

Значение организмов обусловлено их большим разнообразием, повсеместным распространением, длительностью существования в истории Земли, избирательным характером биохимической деятельности и исключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.

Биосфера, таким образом, это та область Земли, которая охвачена влиянием живого вещества. С современных позиций биосферу рассматривают как наиболее крупную экосистему планеты, поддерживающую глобальный круговорот веществ.

Грандиозные масштабы этого процесса позволили В. И. Вернадскому развить учение о космической роли жизни в геологической истории Земли, что несомненно дает право считать его основателем учения о биосфере.

10. Основные положения учения о биосферы.

1. Целостность биосферы определяется самосогласованностью всех процессов в биосфере, ограниченных физическими константами, уровнем радиации и пр.

2. Земные законы движения атомов, преобразования энергии являются отражением гармонии космоса, обеспечивая гармонию и организованность биосферы. Солнце как основной источник энергии биосферы регулирует жизненные процессы на Земле.

3. Живое вещество биосферы с древнейших геологических времен активно трансформирует солнечную энергию в энергию химических связей сложных органических веществ. При этом сущность живого постоянна, изменяется лишь форма существования живого вещества. Само живое вещество не является случайным созданием, а есть результат превращения солнечной световой энергии в действительную энергию Земли.

4. Чем мельче организмы, тем с большей скоростью они размножаются. Скорость размножения зависит от плотности живого вещества. Растекание жизни – результат проявления ее геохимической энергии.

5. Автотрофные организмы получают все необходимые для жизни вещества из окружающей косной материи. Для жизни гетеротрофов необходимы готовые органические соединения. Распространение фотосинтезирующих организмов (автотрофов) ограничивается возможностью проникновения солнечной энергии.

6. Активная трансформация живым веществом космической энергии сопровождается стремлением к максимальной экспансии, стремлением к заполонению всего возможного пространства. Этот процесс В. И. Вернадский назвал «давлением жизни».

7. Формами нахождения химических элементов являются горные породы, минералы, магма, рассеянные элементы и живое вещество. В земной коре происходят постоянные превращения веществ, круговороты, движение атомов и молекул.

8. Распространение жизни на нашей планете определяется полем устойчивости зеленых растений. Максимальное поле жизни ограничивается крайними пределами выживания организмов, которое зависит от устойчивости химических соединений, составляющих живое вещество, к определенным условиям среды.

9. Количество живого вещества в биосфере постоянно и соответствует количеству газов в атмосфере, прежде всего кислорода.

10. Всякая система достигает устойчивого равновесия, при котором свободная энергия системы приближается к нулю.

Возраст биосферы насчитывает около 4 млрд. лет.

Длительный период добиологического развития нашей планеты, определяющийся действием физико-химических факторов неживой природы, закончился качественным скачком – возникновением органической жизни.

С момента своего появления организмы существуют и развиваются в тесном взаимодействии с неживой природой, причем процессы в живой природе на поверхности нашей планеты стали преобладающими. Под действием солнечной энергии развивается принципиально новая (планетарных масштабов) система – биосфера.

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюции живых организмов и развитием человеческого общества.

Решающее значение в истории образования биосферы имело появление на Земле растений, которые в процессе фотосинтеза синтезируют органические вещества из СO2 и Н2O под действием солнечного света.

11. Структура биосферы.

Структура биосферы представляет собой сложную многокомпонентную систему − совокупность газообразной, жидкой, твердой и биологической организаций. Она характеризуется строгой организованностью, биологическим равновесием численности и взаимной адаптированностью составляющих ее организмов.

Вернадский подчеркивал, что биосферу нужно рассматривать как целостную геологическую оболочку Земли, весьма сложную саморегулирующуюся систему, состоящую из живого вещества и неживой материи.

В.И. Вернадский выделил в биосфере семь разных, но геологически взаимосвязанных типов веществ.

Состав биосферы (По В.И. Вернадскому):

1. Живое вещество – совокупность живых организмов, населяющих нашу планету (масса живого вещества составляет лишь 0,01% от массы всей биосферы).

2. Косное вещество – неживые тела, образующиеся в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (породы магматического и метаморфического происхождения, некоторые осадочные породы).

3. Биогенное вещество – неживые тела, образующиеся в результате деятельности живых организмов (некоторые осадочные породы: известняки, мел и др., а также нефть, газ, каменный уголь, кислород атмосферы и др.). Это источник чрезвычайно мощной потенциальной энергии (каменный уголь, гумус почв, нефть, битумы, торф и т.п.). После образования биогенного вещества живые организмы в нем малодеятельны.

4. Биокосное вещество – биокосные тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и геологических процессов (это почвы, кора выветривания, все природные воды и др., свойства которых зависят от деятельности на Земле живого вещества). Организмы в биокосном веществе играют ведущую роль.

5. Радиоактивное вещество – атомы радиоактивных элементов – уран (238U и 235U), торий (232Th), радий (226Ra) и радон (222Rn и 220Rn), калий (40K), рубидий (87Rb), кальций (48Са), углерод (14С) и др.

6. Рассеянные атомы – отдельные атомы элементов, встречающиеся в природе в рассеянном состоянии (в таком состоянии часто существуют атомы микро- и ультрамикроэлементов: Mn, Со, Zn, Сu, Аu, Hg и др.)

7. Вещество космического происхождения – вещество, поступающее на поверхность Земли из космоса (метеориты, космическая пыль).

Все эти семь типов веществ геологически связаны между собой.

Границы биосферы. Живое вещество.

Живые организмы могут существовать в широком диапазоне химических условий среды. Первые живые существа Земли жили в бескислородной атмосфере. Анаэробный обмен свойствен и многим современным организмам, в том числе многоклеточным.

Уксусные угрицы (нематоды) обитают в чанах с бродящим уксусом. Ряд микроорганизмов живет в концентрированных растворах солей, в том числе медного купороса, фторида натрия, в насыщенном растворе поваренной соли. Серные бактерии выдерживают децимолярные растворы серной кислоты.

Некоторые особо устойчивые формы могут существовать даже при действии ионизирующей радиации. Например, ряд инфузорий выдерживает излучение, по дозе в 3 млн раз превышающее естественный радиоактивный фон на поверхности Земли, а некоторые бактерии обнаружены даже в котлах ядерных реакторов.

Выносливость жизни в целом к отдельным факторам среды шире диапазонов тех условий, которые существуют в современной биосфере. Жизнь, таким образом, обладает значительным «запасом прочности», устойчивости к воздействию среды и потенциальной способностью к еще большему распространению.

Эволюция биосферы обусловлена тесно взаимосвязанными между собой тремя группами факторов: развитием нашей планеты как космического тела и протекающих в ее недрах химических преобразований, биологической эволюцией живых организмов и развитием человеческого общества.

12. Оболочки Земли.

Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из концентрированных оболочек (геосфер) – внутренних и внешних. К внутренним оболочкам относятся ядро, мантия, а к внешним – литосфера, гидросфера, атмосфера и сложная оболочка Земли – биосфера.

Атмосфера.

Атмосфера представляет собой газовую оболочку Земли, связанную с ней силой тяжести и принимающей участие в суточном и годовом вращении. Газовая оболочка Земли состоит в основном из азота и кислорода. В небольших количествах в ней содержатся диоксид углерода (0,003 %) и озон. Состояние атмосферы оказывает большое влияние на физические, химические и биологические процессы на поверхности Земли и в водной среде.

Атмосфера предотвращает резкие колебания температуры поверхности планеты, уменьшает поступление к ней избыточных доз ультрафиолетового излучения, является носителем газов, обеспечивающих жизненные процессы растений и животных.

Атмосфера имеет слоистое строение и состоит из тропосферы, стратосферы, мезосферы, термосферы и экзосферы. Во всех сферах атмосферы изменяется количество воздуха и температура.

Наиболее плотный слой воздуха, прилегающий к земной поверхности, называется тропосферой. Толщина ее над полюсами 7 – 10 км, над экватором – 16 – 18 км. В тропосфере сосредоточено около 80 % массы воздуха, а также основное количество атмосферных примесей. Она практически содержит весь водяной пар, при конденсации которого образуется облачность.

Температура воздуха с высотой уменьшается и достигает -40…-50º С. Из-за неравномерного нагрева земной поверхности в тропосфере образуются мощные потоки воздуха, отмечается неустойчивость температуры, относительной влажности, давления и других факторов.

Выше тропосферы находится стратосфера, масса воздуха в ней составляет около 20%, распространяется она до высоты ~ 55 км. В стратосфере на высоте 20 – 25 км расположен озоновый слой. Температура воздуха в ней до озонового слоя в основном постоянна (-40…-50º С), затем она повышается из-за поглощения жесткого ультрафиолетового излучения Солнца озоновым слоем и на границе с мезосферой составляет 0º…+10º С.

Выше стратосферы расположена мезосфера до высоты ~ 80 км, температура в ней значительно ниже (т. к. озона в ней почти нет) и на границе с термосферой достигает -70о…-90º С.

Дальше расположены термосфера и экзосфера, которые распространяются на сотни км, температура в них повышается до 1500º С и выше, воздух находится в ионизированном состоянии. Масса воздуха мезосферы, термосферы и экзосферы составляет около 0,5 % массы всей атмосферы.

Для процессов жизнедеятельности особенно важны: кислород, используемый для дыхания и минерализации мертвого органического вещества; диоксид углерода, используемый зелеными растениями в фотосинтезе; озон, создающий экран, защищающий земную поверхность от ультрафиолетового излучения. Атмосфера образовалась в результате мощной вулканической и горообразовательной деятельности, кислород появился значительно позднее как продукт фотосинтеза.

Гидросфера.

Гидросфера – водная оболочка Земли, ее подразделяют на поверхностную и подземную.

В состав поверхностной гидросферы входят воды океанов, морей, озер, рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др.

Подземная гидросфера включает воды, находящиеся в верхней части земной коры, их называют подземными водами.

Общее количество воды на Земле – 1,39 млрд. км3, основная масса этой воды – 97,5% - соленая вода. Масса пресной воды – 35 млн. км3, это всего 2,5% от общей массы. Около 75% пресной воды находится в твердом состоянии во льдах Антарктиды, Гренландии, горных ледниках, айсбергах, в зоне вечной мерзлоты. Таким образом, пресной воды, которую можно использовать для нужд человека не так уж много.

 Вода – важный компонент биосферы и необходимое условие существования живых организмов. Основная ее часть (95%) находится в Мировом океане, который занимает около 70% поверхности Земного шара и содержит 1 300 млн. км. Большое значение имеют газы, растворенные в воде: кислород и диоксид углерода. Их содержание широко варьируется в зависимости от температуры и присутствия живых организмов. В воде содержится в 60 раз больше диоксида углерода, чем в атмосфере. Гидросфера формировалась в связи с развитием геологических процессов в литосфере, при которых выделялось большое количество водяного пара.

Литосфера.

Литосфера − каменная оболочка Земли – земная кора, толщиной от 6 (под океанами) до 80 км (горные системы). Земная кора – содержит важнейшие энергетические ресурсы (уголь, нефть, сланцы, газ), рудные и нерудные полезные ископаемые.

Основная масса организмов литосферы находится в почвенном слое, глубина которого не превышает нескольких метров. Почва состоит из неорганических веществ (песок, глина, минеральные соли), образующихся при разрушении горных пород, и органических веществ – продуктов жизнедеятельности организмов.

13. Границы биосферы (экосферы).

Современная жизнь распространена в верхней части земной коры (литосфере), в нижних слоях воздушной оболочки Земли (атмосфере) и в водной оболочке Земли (гидросфере). Для обозначения совокупности всего живого на Земле вместе с его непосредственным окружением и ресурсами введем термин "современная биосфера" или "экосфера".

Экосфера непрерывной оболочкой одевает земной шар, а ее протяженность по вертикали меняется от долей метра - в областях чрезвычайно скудной жизни (арктические и антарктические пустыни) - до тысяч метров.

Нижняя граница экосферы ограничена прежде всего температурой горных пород и подземных вод, которая постепенно возрастает с глубиной и на уровне 1,5 - 15 км уже превышает 100°С. Поэтому вглубь Земли живые организмы проникают на небольшое расстояние. В литосфере жизнь встречается на глубине 3,5–7,5 км. В нефтяных месторождениях на глубине 2 - 2,5 км бактерии регистрируются в значительном количестве.

В гидросфере земной коры жизнь распространена до более значительных глубин и встречается даже на дне океанических впадин в 10 - 11 км от поверхности, так как температура там около 0°С. Однако по Вернадскому нижнюю границу биосферы следует проводить еще глубже. Постепенно накапливающиеся в океане гигантские толщи осадочных пород, происхождение которых связано с деятельностью живых существ - это тоже часть биосферы. В соответствии с динамическими процессами в земной коре осадочные породы постепенно вовлекаются в глубь ее, метаморфизируясь под действием высоких температуры и давления. Метаморфические породы земной коры, происходящие из осадочных, в конечном итоге также производные жизни.

Верхняя граница жизни в атмосфере определяется нарастанием с высотой ультрафиолетовой радиации. На высоте 25-27 км большую часть ультрафиолетового излучения Солнца поглощает находящийся здесь тонкий слой озона - озоновый экран. Все живое, поднимающееся выше защитного слоя озона, погибает. Атмосфера же над поверхностью Земли насыщена многообразными живыми организмами. Споры бактерий и грибов обнаруживают до высоты 20-22 км, но основная часть аэропланктона сосредоточена в слое до 1-1,5 км.

Хотя процессы жизнедеятельности современных организмов сосредоточены только в экосфере, влияние живого вещества (современного или существовавшего в прошлом) ощущается далеко за ее пределами. Именно поэтому биосфера Вернадского (как область существования всех былых экосфер) простирается далеко за пределы современной экосферы, охватывая по вертикали слой толщиной 40-50 км.

Приблизительная масса биосферы составляет 0,05% массы Земли, а ее объем 0,4% объема планеты.

Рис. 1. Область распространения организмов в биосфере: 1 — уровень озонового слоя, задерживающего жесткое ультрафиолетовое излучение; 2 — граница снегов; 3 — почва; 4 — животные, обитающие в пещерах; 5 — бактерии в нефтяных скважинах

14. Живое вещество как системообразующий фактор биосферы.

Огромной заслугой В. И. Вернадского является обоснование нового содержания представлений о живом веществе. Живым веществом Вернадский называл «совокупность организмов, сведенных к их весу, химическому составу и энергии». Живое вещество по своей массе представляет собой ничтожную часть биосферы. Если все живое вещество Земли равномерно распределить по ее поверхности, то оно покроет нашу планету слоем толщиной 2 см. Однако именно живое вещество, по мнению В. И. Вернадского, выполняет ведущие функции в формировании земной коры.

Основная планетарная функция живого вещества заключается в создании органического вещества в ходе фотосинтеза, т.е. в связывании и запасании (порой на очень длительное время) солнечной энергии, которая затем идет на поддержание множества других геохимических процессов в биосфере. За время существования жизни на Земле живое вещество превратило в потенциальную энергию органических соединений огромное количество солнечной энергии; значительная часть ее в ходе геологической истории накопилась в связанном виде. Для современной биосферы характерны залежи угля и других органических веществ, образовавшихся в палеозое, мезозое и кайнозое.

Процесс разложения органических веществ, при котором освобождается химическая энергия, характерен для всех частей биосферы, где есть живые организмы, тогда как фотосинтез протекает только на поверхности суши и в верхнем слое водоемов. Часть органического вещества, попадающего в условия, неблагоприятные для деятельности деструкторов, захоранивается и консервируется в составе осадочных пород, поэтому синтез органических веществ в масштабе всей биосферы не полностью уравновешивается их разложением.

Все живое вещество по своей массе занимает ничтожную долю по сравнению с любой из верхних оболочек земного шара. По современным вероятностным оценкам общее количество массы живого вещества в современную эпоху составляет порядка 2420 млрд. т. (Это одна десятимиллионная часть массы литосферы). Однако в качественном отношении живое вещество представляет собой наиболее высокоорганизованную часть материи Земли и наиболее активную форму материи. Оно производит гигантскую геохимическую работу в биосфере, полностью преобразив верхние оболочки Земли за время своего существования.

Живые организмы в пределах биосферы распределены очень неравномерно. На большой высоте и глубинах гидросферы и литосферы организмы встречаются достаточно редко. Жизнь сосредоточена главным образом на поверхности земли, в почве и поверхностном слое Мирового океана.

Хотя границы биосферы довольно узки, живые организмы в их пределах распределены очень неравномерно. Она слабо развита в пустынях, тундрах, глубинах океана, высоко в горах, тогда как в других участках биосферы чрезвычайно обильна и разнообразна.

Наиболее высока концентрация живого вещества на границах раздела основных сред – в почве, т. е. пограничном слое между литосферой и атмосферой, в поверхностных слоях океана, на дне водоемов и особенно на литорали, в лиманах и эстуариях рек, где все три среды – почва, вода и воздух – близко соседствуют друг с другом. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В. И. Вернадский назвал «пленками жизни».

В. И. Вернадский выделил две формы концентрации живого вещества:

• жизненные пленки, занимающие огромные площади,
• сгущения жизни, представленные небольшими площадями (например, пруд).

Вся остальная часть биосферы является зоной разряжения живого вещества.

В океане можно выделить две жизненные пленки – планктонную и донную,которые находятся на границе раздела фаз. Планктонная лежит на границе атмосферы и гидросферы, донная – на границе гидросферы и литосферы. Сгущения жизни в океане различают трех типов: прибрежные, саргассовые и рифовые.

На суше также имеются различные формы концентрации жизни. Верхняя пленка жизни на суше – наземная, расположенная на границе атмосферы и литосферы. Под ней находится почвенная пленка жизни, представляющая собой сложную систему, населенную огромным количеством бактерий, простейших и других представителей живых организмов.

Сгущения жизни представлены на суше береговыми, пойменными и тропическими формами.

Важная закономерность наблюдается в соотношении видового состава живых организмов на Земле. В настоящее время по видовому составу на Земле преобладают животные (более 2 млн. видов) над растениями (0,5 млн.). Растения составляют 21% от общего числа видов, образуя 99% общей биомассы. Среди животных 96% видов представлены беспозвоночными и только 4% – позвоночные, из которых только 10 % – млекопитающие.

Таким образом, организмы, стоящие на относительно низком уровне эволюционного развития, в количественном отношении значительно преобладают.

Биомасса суши в 1000 раз превышает биомассу океана. На суше биомасса и количество видов организмов в целом увеличиваются от полюсов к экватору.

Масса живого вещества очень мала по сравнению с массой неживого вещества и составляет всего 0,01-0,02% от косного вещества биосферы. В то же время живое вещество играет главенствующую роль в геохимических процессах. Ежегодно благодаря жизнедеятельности растений и животных воспроизводится около 10 % биомассы.

Живым веществом в биосфере выполняются важные функции:

1. Энергетическая функция – поглощение солнечной энергии и энергии при хемосинтезе, дальнейшая передача энергии по пищевой цепи.

2. Концентрационная функция – избирательное накопление определенных химических веществ.

3. Средообразующая функция – преобразование физико-химических параметров среды.

4. Транспортная функция – перенос веществ в вертикальном и горизонтальном направлениях.

5 Деструктивная функция – минерализация необиогенного вещества, разложение неживого неорганического вещества.

15. Свойства биосферы.

1. Целостность и дискретность. Целостность биосферы обусловлена тесной взаимосвязью слагающих ее компонентов: тесная связь живого вещества с окружающими условиями, или средой обитания. Она достигается круговоротом вещества и энергии. Изменение одного компонента неизбежно приводит к изменению других и биосферы в целом. При этом биосфера – не механическая сумма компонентов, а качественно новое образование, обладающее своими особенностями и развивающееся как единое целое. Биосфера – система с прямыми и обратными (положительными и отрицательными) связями, которые, в конечном счете, обеспечивают механизмы ее функционирования и устойчивости. Живые организмы способны к изменчивости. Это – важнейшее биологическое свойство. Основной причиной изменчивости является мутация, которая охватывает весь генетический аппарат и вызывает появление новых признаков в наследственности организмов, что обеспечивает передачу возникшего мутационного признака последующим поколениям. Те изменения в организме, которые не затрагивают генетический аппарат и не передаются последующим поколениям называются последующим поколения называются модификациями. При изменении условий среды обитания живое вещество приспосабливается к новым условиям. При этом оно может изменить свою форму или функции, но не состав. Неживое вещество при этом изменяется коренным образом. На понимании целостности биосферы основываются теория и практика рационального природопользования. Учет этой закономерности позволяет предвидеть возможные изменения в природе, дать прогноз результатам воздействия человека на природу.

2. Способность к самовоспроизведению, то есть к размножению. Это свойство резко отличается живое от неживого и является причиной быстрого распространения жизни на Земле. В.И. Вернадский назвал такую способность биосферы «всюдностью жизни», а сам процесс быстрого размножения – «растеканием жизни». Как установлено, скорость размножения живых организмов различна и зависит от их массы. Так, мелкие организмы размножаются скорее крупных.

3. Централизованность. Центральным звеном биосферы выступают живые организмы (живое вещество). Это свойство, к сожалению, часто недооценивается человеком и в центр биосферы ставится только один вид – человек (идеи антропоцентризма).

4. Устойчивость и саморегуляция. Биосфера способна возвращаться в исходное состояние, гасить возникающие возмущения, создаваемые внешними и внутренними воздействиями, включением определенных механизмов. Гомеостатические механизмы биосферы связаны в основном с живым веществом, его свойствами и функциями. Биосфера за свою историю пережила ряд таких возмущений, многие из которых были значительными по масштабам (извержения вулканов, встречи с астероидами, землетрясения и т. п.). Гомеостатические механизмы биосферы подчинены принципу Ле Шателье–Брауна: при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется. Это способность выживать в изменяющихся условиях Земли: при разных давлениях, температурах, влажности. Устойчивость организмов очень высока. Особенно большая приспособляемость у низкоорганизованных организмов. Так, микроорганизмы обнаружены в метеоритах, которые длительное время находились в космосе при температуре, близкой к абсолютному нулю, а также в воде гейзеров, имеющих температуру + 930 С.

5. Ритмичность. Биосфера проявляет ритмичность развития – повторяемость во времени тех или иных явлений. В природе существуют ритмы разной продолжительности. Основные из них – суточный, годовой, внутривековые и сверхвековые. Суточный ритм проявляется в изменении температуры, давления и влажности воздуха, облачности, силы ветра, в явлениях приливов и отливов, циркуляции бризов, процессах фотосинтеза у растений, поведении животных. Годовая ритмика – это смена времен года, изменения в интенсивности почвообразования и разрушения горных пород, сезонность в хозяйственной деятельности человека. Суточная ритмика, как известно, обусловлена вращением Земли вокруг оси, годовая – движением Земли по орбите вокруг Солнца. Разные экосистемы обладают различной суточной и годовой ритмикой. Годовая ритмика лучше всего выражена в умеренном поясе и очень слабо – в экваториальном. Наблюдаются и более продолжительные ритмы (11, 22–23, 80–90 лет и др.). Ритмические явления не повторяют полностью в конце ритма того состояния природы, которое было в его начале. Именно этим и объясняется направленное развитие природных процессов.

6. Круговорот веществ и энергозависимость. Биосфера – открытая система. Ее существование невозможно без поступления энергии извне. Основная доля приходится на энергию Солнца. В отличие от количества солнечной энергии, количество атомов вещества на Земле ограничено. Круговорот веществ обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов химических элементов. При отсутствии круговорота, например, за короткое время был бы исчерпан основной «строительный материал» живого – углерод. Важным свойством живых организмов является обмен веществ живых организмов с окружающей средой. Живые организмы осуществляют ассимиляцию и диссимиляцию веществ, то есть они постоянно усваивают, перерабатываю и выделяют продукты своей жизнедеятельности. За счет этого организмами производятся огромные преобразования на Земле.

Круговорот веществ – многократное участие веществ в процессах, протекающих в атмосфере, гидросфере и литосфере, в том числе в тех слоях, которые входят в состав биосферы Земли. Круговорот веществ осуществляется при непрерывном поступлении (потоке) внешней энергии Солнца и внутренней энергии Земли.

В зависимости от движущей силы, с определенной долей условности, внутри круговорота веществ можно выделить 3 типа круговоротов веществ в биосфере:

1. геологический круговорот,
2. биологический круговорот,
3. антропогенный круговорот.

До возникновения человека на Земле осуществлялись только первые два.

1. Геологический круговорот (большой круговорот веществ в природе) – круговорот веществ, движущей силой которого являются экзогенные и эндогенные геологические процессы.

Эндогенные процессы (процессы внутренней динамики) происходят под влиянием внутренней энергии Земли. Это энергия, выделяющаяся в результате радиоактивного распада, химических реакций образования минералов, кристаллизации горных пород и т. д. К эндогенным процессам относятся: тектонические движения, землетрясения, магматизм, метаморфизм. Экзогенные процессы (процессы внешней динамики) протекают под влиянием внешней энергии Солнца. Экзогенные процессы включают выветривание горных пород и минералов, удаление продуктов разрушения с одних участков земной коры и перенос их на новые участки, отложение и накопление продуктов разрушения с образованием осадочных пород. К экзогенным процессам относятся геологическая деятельность атмосферы, гидросферы (рек, временных водотоков, подземных вод, морей и океанов, озер и болот, льда), а также живых организмов и человека.

Большой круговорот длится миллионы лет.

2. Биологический (биогеохимический) круговорот (малый круговорот веществ в биосфере) – круговорот веществ, движущей силой которого является деятельность живых организмов. Живое вещество активно участвует также в грандиозных процессах перемещения, миграции атомов в биосфере через систему больших и малых биогеохимических циклов в процессе дыхания, питания, обмена веществ и энергии.

Малый круговорот, как часть большого, происходит на уровне экосистемы и заключается в том, что питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в растениях, расходуются на построение тела и жизненные процессы животных. Продукты распада разлагаются почвенной микрофлорой до минеральных компонентов, доступных растениям и вновь вовлекаются в поток вещества. Обмен химических веществ из неорганической среды через растения и животные обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии химических реакций называется биохимическим циклом

В отличие от большого геологического малый биогеохимический круговорот веществ совершается в пределах биосферы. Главным источником энергии круговорота является солнечная радиация, которая порождает фотосинтез.

Биотический круговорот органических веществ – основа и условие существования биосферы. Главная функция биосферы заключается в обеспечении круговорота химических элементов, который выражается в циркуляции веществ между атмосферой, почвой, гидросферой и живыми организмами. Его непрерывность – залог развития и самого существования жизни на Земле. Каждый вид является звеном в процессе биотического круговорота. Непрерывность жизни обеспечивается процессами синтеза и распада. Поступающая в биосферу солнечная энергия частично расходуется на синтез высокомолекулярного богатого энергией органического вещества. Передаваясь с одного трофического уровня на другой, энергия постепенно рассеивается. Особая роль в круговороте принадлежит микроорганизмам, которые превращают мертвые остатки растений и животных в неорганические вещества, используемые в дальнейшем зелеными растениями для фотосинтеза. Обновление всего живого вещества биосферы Земли происходит приблизительно за 8 лет. Вещество наземных растений обновляется за 14 лет, а вся биомасса океана – за 33 дня.

В биогеохимических круговоротах следует различать две части:

1) резервный фонд – это часть вещества, не связанная с живыми организмами;

2) обменный фонд – значительно меньшая часть вещества, которая связана прямым обменом между организмами и их непосредственным окружением. В зависимости от расположения резервного фонда биогеохимические круговороты можно разделить на два типа:

• Круговороты газового типа с резервным фондом веществ в атмосфере и гидросфере (круговороты углерода, кислорода, азота).
• Круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (круговороты фосфора, кальция, железа и др.).

3. Антропогенный круговорот (обмен) – круговорот (обмен) веществ, движущей силой которого является деятельность человека. В нем можно выделить две составляющие: биологическую, связанную с функционированием человека как живого организма, и техническую, связанную с хозяйственной деятельностью людей (техногенный круговорот).

Геологический и биологический круговороты в значительной степени замкнуты, чего нельзя сказать об антропогенном круговороте. Поэтому часто говорят не об антропогенном круговороте, а об антропогенном обмене веществ. Незамкнутость антропогенного круговорота веществ приводит к истощению природных ресурсов и загрязнению природной среды – основным причинам всех экологических проблем человечества

К главным циклам относятся круговороты углерода, кислорода, азота, фосфора, серы и биогенных катионов.

7. Накопительная функция биосферы. Способность организмов накапливать в своих тканях некоторые химические элементы в избыточном количестве, по сравнению с их концентрацией во внешней среде. Эту способность Вернадский назвал концентрационной функцией биосферы. Организмы могут накапливать не только широко распространенные химические элементы, но и редкие и рассеянные элементы, несмотря на часто ничтожное содержание их в окружающей среде, которые иногда играют важную роль в физиологии организмов. Так, некоторые цветковые растения концентрируют литий, бериллий, бром.

8. Катализатор геохимических процессов на Земле. С обменом веществ связано следующее весомое свойство биосферы: она является катализатором геохимических процессов на Земле. Таким образом, за время своего существования, то есть за 3 млрд. лет биосфера изменила вещественный состав всех компонентов географической оболочки. Как видно живое существо не только тесно связано со средой обитания, но и способно изменять ее, приспосабливать для своего обитания. За счет этого живые организмы выполняют огромную геохимическую работу на Земле, и способны преобразовывать нашу планету.

9. Рациональное усвоение солнечной энергии. Живой организм старается удержать и усвоить солнечную энергию – в отличие от камня, который после нагревания тут же отдает тепло. В организме происходят сложные превращения энергии. Зеленые растения непосредственно используют солнечную радиацию при фотосинтезе, некоторые бактерии расходуют при этом химическую энергию. Живые организмы осуществляют преобразование энергии и накопление ее в форме высокоэнергичных соединений, то есть они превращают солнечную энергию в энергию химических связей. При этом энергия, накапливаемая в организмах животных, превращается в еще более высокоэнергичные соединения. Любой организм с термодинамической точки зрения является открытой системой. Получаемая организмом энергия, при этом компенсирует его расходы на жизненные функции и работу.

10. Горизонтальная зональность и высотная поясность. Общебиосферной закономерностью является горизонтальная зональность – закономерное изменение природной среды по направлению от экватора к полюсам. Зональность обусловлена неодинаковым количеством поступающего на разные широты тепла в связи с шарообразной формой Земли. Зональны климат, воды суши и океана, процессы выветривания, некоторые формы рельефа, образующиеся под влиянием внешних сил (поверхностных вод, ветра, ледников), растительность, почвы, животный мир.

Наиболее крупные зональные подразделения – географические пояса. Они отличаются друг от друга температурными условиями, а также общими особенностями циркуляции атмосферы, почвенно-растительного покрова и животного мира. На суше выделяются следующие географические пояса: экваториальный и в каждом полушарии субэкваториальный, тропический, субтропический, умеренный, а также в Северном полушарии субарктический и арктический, а в Южном – субантарктический и антарктический. Аналогичные по названию пояса выявлены и в Мировом океане. Географические пояса протягиваются преимущественно в широтном направлении.

Внутри поясов по соотношению тепла и влаги выделяются природные зоны, названия которых определяются по преобладающему в них типу растительности. Так, например, в субарктическом поясе это зоны тундры и лесотундры, в умеренном поясе – зоны лесов, лесостепи, степи, полупустынь и пустынь, в тропическом поясе – зоны лесов, редколесий и саванн, полупустынь и пустынь. Как правило, они совпадают с основными и переходными типами природных экосистем (биомами и экотонами). В связи с неоднородностью земной поверхности, а следовательно, и увлажнения в различных частях материков зоны не всегда имеют широтное простирание.

Зональность характерна и для Мирового океана. От экватора к полюсам изменяются свойства поверхностных вод (температура, соленость, плотность и прозрачность, интенсивность волнения и др.), а также состав растительности и животного мира.

Высотная поясность – закономерная смена природной среды с подъемом в горы от их подножия до вершин. Она обусловлена изменением климата с высотой: понижением температуры (на 0,6° С на каждые 100 м подъема) и до определенной высоты (до 2–3 км) увеличением осадков. Смена поясов в горах происходит в той же последовательности, как и на равнине при движении от экватора к полюсам. Отличием является присутствие в горах особого пояса субальпийских и альпийских лугов, которого нет на равнинах. Высотная поясность начинается в горах с аналога той горизонтальной зоны, в пределах которой расположены горы. Так, в горах, находящихся в степной зоне, нижний пояс – горно-степной, в лесной – горно-лесной и т.д. Количество высотных поясов зависит от высоты гор и их местоположения.

11. Большое разнообразие условий обитания и живых организмов. Биосфера – система, характеризующаяся большим разнообразием. Это свойство обусловлено следующими причинами: разными средами жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной, организменной); разнообразием природных зон, различающихся по климатическим, гидрологическим, почвенным, биотическим и другим свойствам; наличием регионов, различающихся по химическому составу (геохимические провинции); биологическим разнообразием живых организмов.

В настоящее время описано более 3 млн. видов. Однако реальное число видов на Земле в несколько раз больше, чем их описано. Не учтены многие насекомые и микроорганизмы, особенно в тропических лесах, глубинных частях океанов и в других малоосвоенных местообитаниях. Кроме этого современный видовой состав – это лишь небольшая часть видового разнообразия, которое принимало участие в процессах биосферы за период ее существования. Каждый вид имеет определенную продолжительность жизни (10–30 млн. лет), поэтому число видов, принимавших участие в эволюции биосферы, исчисляется сотнями миллионов. Считается, что к настоящему времени арену биосферы оставили более 95% видов.

Разнообразие обеспечивает возможность дублирования, подстраховки, замены одних звеньев другими, степень сложности и прочности пищевых и другие связей. Поэтому разнообразие рассматривают как основное условие устойчивости любой экосистемы и биосферы в целом.

К сожалению, практически вся без исключения деятельность человека подчинена упрощению экосистем любого ранга. Сюда следует отнести и уничтожение отдельных видов или резкое уменьшение их численности, и создание агроценозов на месте сложных природных систем. Например, полностью исчезли с лица земли степи как тип экосистем и ландшафтов, резко уменьшились площади лесов (до появления человека они занимали примерно 70% суши, а сейчас – не более 20–23%). Идет дальнейшее, невиданное по масштабам уничтожение лесных экосистем, особенно наиболее ценных и сложных тропических, спрямление русел рек, создание промышленных районов и т.п.

Простые экосистемы с малым разнообразием удобны для эксплуатации, они позволяют в короткое время получить значительный объем нужной продукции (например, с сельскохозяйственных полей), но за это приходится рассчитываться снижением устойчивости экосистем, их распадом и деградацией среды.

Не случайно, что биологическое разнообразие отнесено Конференцией ООН по окружающей среде и развитию (1992 г.) к числу трех важнейших экологических проблем, по которым приняты специальные заявления или конвенции. Кроме сохранения разнообразия, такие конвенции приняты по сохранению лесов и по предотвращению изменений климата.

16. Функции биосферы:

• энергетическая,
• концентрационная,
• деструктивная,
• средообразуюшая,
• транспортная.

Энергетическая функция связана с превращением энергии Солнца в энергию химических связей органического вещества (фотосинтез). Газовая − фотосинтез (выделение O2), дыхание (СO2), деятельность азотфиксирующих и нитрифицирующих бактерий. Создание атмосферы Земли.

Концентрационная проявляется в накоплении химических (средообразующих) элементов (углерода, кислорода, водорода, азота, калия и др.).

Деструкционная заключается в минерализации отмерших организмов и возвращении химических элементов в ОПС, в результате чего образуются биогенные и биокосное вещества биосферы. Круговорот веществ в биосфере.

Особое место в трудах В. И. Вернадского занимает концепция эволюции биосферы. Он выделяет три этапа развития биосферы. Первый – возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом веществ. Ведущие факторы на этом этапе – геологические и климатические изменения на Земле. Второй этап – усложнение структуры биосферы в результате появления одноклеточных и многоклеточных эукариотных организмов. Движущим фактором выступает биологическая эволюция. И наконец, третий этап – возникновение человеческого общества и постепенное превращение биосферы в ноосферу. Ведущим фактором в этом процессе является разумная деятельность человека, характеризующаяся рациональным регулированием взаимоотношений человека и природы.

В условиях научно-технического прогресса человечество все чаще вступает в конфликт с природой. Активная деятельность человека не только существенно меняет не только облик нашей планеты, но и влияет на характер процессов в биосфере. Деятельность человека приводит к нарушению биотического круговорота веществ, истощению природных ресурсов, нарушению термодинамического равновесия и т. д. Дальнейшее углубление этого конфликта может привести к глобальной катастрофе, которая грозит гибелью всего живого на планете, в том числе и человека. В связи с этим должны быть коренным образом пересмотрены взаимоотношения человека с окружающей его средой, его место в природе. Существование и развитие человечества должны соизмеряться с законами развития биосферы.

Вопросы: (для контроля знаний)

1. Что такое экосистемы и биогеоценоз?
2. Какие основные типы экосистем существуют?
3. Что такое пищевые цепи и какие они бывают?
4. Что такое сукцессии и какие они бывают?
5. От чего зависит биологическая продуктивность экосистем?
6. Какие виды биотических отношений существуют?
7. Что такое биосфера?
8. Какова структура биосферы?
9. Какие вещества составляют биосферу?
10. Чем определяются границы жизни?
11. Какими свойствами обладает живое вещество?
12. Какие формы концентрации живого вещества в биосфере?
13. Какие функции выполняются живым веществом в биосфере?
14. Каковы свойства биосферы?
15. Какие функции выполняет биосфера?
16. В чем заключается космическая роль биосферы?

Список используемых источников:

1. http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/ekosistema.html
2. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=373
3. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=476
4. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=369
5. http://www.studfiles.ru/preview/5113921/page:4/
6. http://www.studfiles.ru/preview/1491674/
7. http://www.studfiles.ru/preview/1491676/
8. http://www.gumer.info/bibliotek_Buks/Science/mihail/09.php
9. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=346
10. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=477
11. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=350
12. http://www.studfiles.ru/preview/5113921/page:6/
13. http://www.studfiles.ru/preview/5113921/page:7/
14. http://www.studfiles.ru/preview/1491672/
15. http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=347

Преподаватель высшей категории: Дмитриенко Константин Евгеньевич

Лекция №6

Тема «Предмет изучения социальной экологии. Среда, окружающая человека, ее специфика и состояние.»

План лекции:

1. Предмет изучения социальной экологии.
2. Задачи социальной экологии.
3. Методы социальной науки.
4. Принципы и закономерности социальной экологии.
5. Взаимосвязь социальной экологии с другими науками.
6. Среда, окружающая человека и ее специфика.
7. Компоненты среды, окружающей человека, и составляющие их элементы.
8. Выводы о связи знаний об окружающей человека среды и предметом экология.

Основные понятия и определения:

1. Социальная экология
2. Социальная среда
3. Квазиприрода
4. Артеприрода

Текст лекции

1. Предмет изучения социальной экологии.

Возникновение и развитие социальной экологии тесно связано с распространенным подходом, согласно которому природный и социальный мир нельзя рассматривать изолированно друг от друга.

Термин "социальная экология" впервые использовали американские ученые Р. Парк и Э. Берджесс в 1921 г. для определения внутреннего механизма развития "капиталистического города". Под термином "социальная экология" они понимали прежде всего процесс планирования и развития урбанизации больших городов как эпицентра взаимодействия общества и природы.

Данило Ж. Маркович (1996) отмечает, что "социальную экологию можно определить как отраслевую социологию, предметом изучения которой являются специфические связи между человечеством и окружающей средой; влияние последней как совокупности природных и общественных факторов на человека, а также его влияние на окружающую среду с позиции ее сохранения для его жизни, как естественно-общественного существа".

Социальная экология — это научная дисциплина, эмпирически исследующая и теоретически обобщающая специфические связи между обществом, природой, человеком и его жизненной средой (окружением) в контексте глобальных проблем человечества с целью не только сохранения, но и совершенствования среды обитания человека как природного и общественного существа.

Социальная экология объясняет и прогнозирует основные направления развития взаимодействия общества с природной средой: историческая экология, экология культуры, экология и экономика, экология и политика, экология и мораль, экология и право, экологическая информатика и т.п.

Предметом изучения социальной экологии является выявление закономерностей развития данной системы, ценностно-мировоззренческих, социокультурных, правовых и других предпосылок и условий для ее устойчивого развития. То есть предмет социальной экологии – это отношение в системе «общество-человек-техника-природная среда».

В этой системе все элементы и подсистемы однородны, а связи между ними обуславливают ее неизменность и структуру. Объектом социальной экологии является система «общество-природа».

Кроме того, учеными предложено, чтобы в рамках социальной экологии был выделен относительно самостоятельный (территориальный) уровень исследования: населения урбанизированных зон, отдельных регионов, областей, исследован общепланетарный уровень планеты Земля.

На создание института социальной экологии и определение ее предмета исследования повлияли прежде всего:

• сложные отношения человека с окружающей средой;

• обострение экологического кризиса;

• нормы необходимого богатства и организации жизни, которые следует учитывать при планировании способов эксплуатации природы;

• познание возможностей (изучение механизмов) социального контроля, с целью ограничения загрязнения и сохранения природной среды;

• выявление и анализ общественных целей, включающих новый образ жизни, новые концепции собственности и ответственность за сохранение окружающей среды;

• влияние плотности населения на поведение людей и др.

2. Задачи социальной экологии.

Социальная экология как наука имеет свои специфические задачи и функции. Ее главными задачами являются: исследование отношения между человеческими сообществами и окружающей географически-пространственной, социальной и культурной средой, прямое и побочное влияние производственной деятельности на состав и свойства окружающей среды. Социальная экология рассматривает биосферу Земли как экологическую нишу человечества, связывая окружающую среду и деятельность человека в единую систему “природа—общество”, раскрывает воздействие человека на равновесие природных экосистем, изучает вопросы управления и рационализации взаимоотношения человека и природы. Задача социальной экологии как науки состоит также в том, чтобы предлагать такие эффективные способы воздействия на окружающую среду, которые бы не только предотвращали катастрофические последствия, но и позволяли существенно улучшить биологические и социальные условия развития человека и всего живого на Земле.

Изучая причины деградации среды обитания человека и меры по её защите и совершенствованию, социальная экология должна способствовать расширению сферы свободы человека за счёт создания более гуманных отношений как к природе, так и к другим людям.

Социальная экология изучает отношения человека и его среды обитания, анализирует в контексте социальные процессы (и отношения), учитывая при этом особенности человека как природно-общественного существа, что влияет и на элементы его среды обитания, и на его отношения к ним. Социальная экология опирается на знания гуманной экологии.

Социальная экология изучает не только прямое и непосредственное влияние окружения (где технология не развита) на человека, но и состав групп, эксплуатирующих природные ресурсы, влияние человека на биосферу, а последняя переходит в новое эволюционное состояние — ноосферу, представляющую собой единство, взаимовлияние природы и общества, в основе которого находится общество.

Соотношения трех систем — природной, технической и общественной — изменчивы, они зависят от многих факторов, а это так или иначе отражается на сохранении или нарушении экологического равновесия.

3. Методы социальной науки.

Фактически метод социальной экологии должен представлять собой совокупность познавательных операций, соответствующих цели ее исследования как науки.

При использовании различных экологических подходов в выработке метода социальной экологии следует основываться на том, что ее предмет, теория познания и метод до некоторой степени сходны, но по своему содержанию и целям не обязательно идентичны. Точно так же следует учитывать и то, что одни экологические проблемы в большей степени, другие в меньшей степени приближаются к теории в ее более узком значении, и социальная экология должна опираться на последние.

Наибольшее значение для выработки метода социальной экологии имеют следующие методы:

• системное понимание мира;

• экологический кризис;

• кризис человеческого бытия в современном мире;

• гуманистическое развитие;

• глобальность экологических проблем и всеобщая ответственность за их решение.

Исходя из перечисленных подходов и из своего предмета, социальная экология должна выработать метод получения нового знания о своем предмете и определить методику сбора данных и метода обобщения.

При формировании первого элемента своего научного метода — предварительного знания о предмете исследования — социальная экология исходит не только из экологического мировоззрения, но и из теорий о защите окружающей среды.

4. Принципы и закономерности социальной экологии.

В 30-е гг. XX столетия были сформулированы Бауэром и В. И. Вернадским два важных закона.

1-й закон. Геохимическая энергия живой материи в биосфере (включая и человечество как высшее проявление живой материи, наделенной разумом) стремится к максимальному выражению.

2-й закон. В ходе эволюции остаются те виды живых существ, которые своей деятельностью максимально увеличивают биогенную геохимическую энергию.

Но эти законы чаще всего исследователи называют принципами.

Четыре основных глобальных экологических закона Б. Коммонера, которые могут считаться законами социальной экологии.

1-й закон. Все связано со всем. Биосфера — наш общий дом.

Стремление человеческой среды возникает вследствие нарушения отношений в экологической системе в рамках ее причинно-следственных отношений.

Из этого следует, что влияние на любую природную систему на Земле вызывает целый ряд эффектов, оптимальное развитие которых трудно предвидеть.

2-й закон. Экологического счастья в одной стране быть не может (с загрязнением океана, парниковым эффектом и озоновыми дырами должно бороться все сообщество).

Человек живет в замкнутом пространстве, поэтому все, что создается, и все, что берется от природы, ей же определенным способом снова возвращается.

3-й закон. За все надо платить (международное сообщество финансирует научные проекты, позволяющие сохранить биологическое развитие).

Связанность наших знаний о природе и нашего воздействия на нее.

То есть если мы не будем знать, как переоформлять природу, мы не можем ее "улучшать" нашими действиями, значит надо вернуться к тем формам жизни, которые представляют экологическую гармонию.

4-й закон. Все надо куда-то девать (международное сообщество приняло специальные законы, запрещающие вывоз и захоронение  ядовитых и радиоактивных отходов в бедных странах, Мировой океан также не место для отходов).

Глобальные экологические системы представляют собой неделимое целое и все, что человек из них извлекает, должно быть компенсировано.

Поэтому потребление природных ресурсов не может быть безгранично.

Выводы:

Природа знает лучше. Человек должен сохранить экологическое равновесие биосферы, не пытаясь быть умнее природы, и создавать искусственную среду разума — ноосферу.

Пять законов социальной экологии сформулировал Н. Ф. Реймерс. Он расположил их в такой последовательности.

1. Правила социально-экологического равновесия.

2. Принцип культурного управления развитием.

3. Правила социально-экологического замещения.

4. Закон исторической (социально-экологической) необратимости.

5. Закон ноосферы В. И. Вернадского.

1. Закон "Правила социально-экологического равновесия":

общество развивается до тех пор и постольку, поскольку сохраняет равновесие между своим давлением на среду и восстановлением этой среды природно-естественным и искусственным образом.

Так как внешние условия исторического развития, среда жизни: людей и функционирования их хозяйства разрушены или заметно разрушены, то воспроизводство природных ресурсов и поддержание социально-экологического равновесия требуют значительных материальных, трудовых и денежных ресурсов. Этап экстенсивного прогресса общества имел основания в виде широчайшего распространения людей, их пан-эйкуменности, максимального стремления человечества к "покорению" природы, увеличению ее продуктивности путем сукцессионного омоложения, возрастания энергопроизводства, роста численности трудоспособного населения (что вело к общему увеличению людей) и быстрому обороту товаров. Единственным критерием развития была экономическая прибыль, обогащение.

2. Закон "Принципы культурного управления развитием": 

религия, обычаи и юридические законы формулировали правила поведения людей в их взаимоотношениях с природой и внутри общества в соответствии с только что сказанным.

Культура и мораль как ее составная часть также соответствовали времени. Морально-религиозные каноны разделяли человечество на большие группы. Рост престижа обычно соответствовал количеству денег, религиозному и политическому могуществу, степени общественной агрессивности. Все это в конечном итоге было направлено на поддержание равновесия между развивающимся обществом и средой его развития. Таков принцип культурного управления развитием.

3. Закон "Правила социально-экологического замещения":

потребности человека отчасти социально-экологически заменимы.

Исключение составляют лишь так называемые основные нужды, главным образом физиолого-психологического характера. Из правила социально-экологического замещения следует и то, что способы такого замещения могут быть различными. Даже незаменимые потребности удовлетворяются разными путями — собирательством, промыслом, скотоводством, земледелием и т. д. Все эти формы хозяйства различно воздействуют на природу и ее же условиями определяются. Известны различные способы "преобразования" природы. Например, развитие сельского хозяйства в охотничье-промысловых районах или земледельческих оазисов в пастбищно-промысловых районах. Более того, доминирующая культура способна менять сам тип хозяйства. Пройдя какую-то фазу взаимодействий с природой, общество, как правило, не может вернуться на предыдущую ступень, если не произойдут какие-то катастрофические социально-экологические явления, ведущие к общественной деградации. Но и такая деградация не есть возврат к историческому прошлому. Скорее, это угасание собственной, а затем восприятие новой "импортной" культуры. Однако все это были региональные, а не глобальные явления. Время от времени высказываются гипотезы, сходные с теорией катастроф Ж. Кювье. Согласно им человечество доходило до каких-то высот цивилизации, затем происходила катастрофа типа "атомной зимы", и все начиналось сначала. Едва ли такая точка зрения имеет под собой фактические основания, прежде всего археологические.

4. Закон исторической (социально-экологической) необратимости:

процесс развития человечества как целого не может идти от более поздних фаз к начальным, т. е. общественно-экономические формации, определенным образом взаимодействующие с природной средой и естественными ресурсами, не могут сменяться в обратном порядке.

Отдельные элементы социальных отношений (например, рабство, возродившееся в самых чудовищных формах в период сталинизма) в истории повторялись, возможно повторение и уклада хозяйства (например, возвращение от оседлого к кочевому хозяйству), но общий процесс однонаправлен, как необратима и эволюция. Иное представление кажется абсолютно нелогичным: меняется природная среда, меняется  человечество, и принятие концепции обратимости было бы  согласием с тем, что в одну и ту же реку можно войти дважды, да еще и не состарившись ни на миг.

5. Закон ноосферы В. И. Вернадского:

биосфера неизбежно превратится в ноосферу, т. е. в сферу, где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы "человек—природа".

Иными словами, хаотичное саморазвитие, основанное на процессах естественной саморегуляции, будет заменено разумной стратегией, базирующейся на прогнозно-плановых началах, регулировании процессов естественного развития. Лишь благо и заинтересованное понимание, а не насилие и волюнтаризм могут быть в основе формирования ноосферы. Человечеству придется решить массу тяжелых для нового времени проблем, но это будут иные, чем сейчас, проблемы. Только определенная гуманизация общества, относительно бесконфликтное его включение в систему биосферы, основанное на использовании только прироста ресурсов, может спасти человечество. Управлять люди будут не природой, а прежде всего собой. И в этом смысл закона ноосферы.

Таким образом, ученые Реймерс, Бауэр, Вернадский, Коммонер и др. при формировании законов социальной экологии так или иначе исходят из закономерностей общей экологии, поэтому законы социальной экологии содержат в себе выражение этих закономерностей.

Обобщая, можно выделить следующие общие принципы социальной экологии.

• Человечество, как и любая популяция, не может расти беспредельно.
• Общество в своем развитии должно учитывать меру биосферных явлений.
• Устойчивое развитие общества зависит от своевременности перехода к альтернативным ресурсам и технологиям.
• Любая преобразующая деятельность общества должна основываться на экологическом прогнозе
• Освоение природы не должно уменьшать разнообразия биосферы и ухудшать качество жизни людей.
• Устойчивое развитие цивилизации зависит от нравственных качеств людей.
• Каждый несет ответственность за свои действия перед будущим.
• Надо мыслить глобально, действовать локально.
• Единство природы обязывает человечество к сотрудничеству.

5. Взаимосвязь социальной экологии с другими науками

Социальная экология тесно связана с отраслевыми социологиями. Такими отраслевыми социологиями являются:

• социология охраны труда,
• социология села,
• социология города,
• социальная патология.

Следует отметить, что отраслевые социологии изучают отдельные элементы окружающей среды, виды поселений, а также проблемы, связанные с угрозой целостности личности человека в трудовой сфере, что является в известной степени и предметом исследования социальной экологии.

Социология охраны труда изучает "нарушение равновесия" в трудовой сфере, которое приводит к нарушению целостности личности человека.

Трудовая среда — это часть окружающей среды, нарушения экологического равновесия чаще всего обусловлены изменениями в содержании труда в трудовой сфере.

Социология села — это наука о сообществе в сельской среде, которая изучает связь природы и человека, в результате деятельности которого нарушается' окружающая среда, возникает опасность для целостности личности человека.

Социологии города — это наука о сообществе в городской среде, где люди включены в отношения и общности независимо от их воли. Социология города изучает также степень концентрации населения в городах, социальные отношения в локальных общностях и их влияние на человека как общественное существо.

Социальная патология — это наука, которая занимается изучением тех общественных явлений, где проявляется их существенное расхождение, где требуется защита здоровья населения не только от вредных физических, химических, биологических, микробиологических факторов, но и от вредных факторов социальной среды.

Таким образом, круг изучаемых вопросов отраслевыми социологиями тесно взаимосвязан с социальной экологией.

6. Среда, окружающая человека и ее специфика.

Человек, а в значительной мере и другие существа в настоящее время находятся в среде, которая есть результат влияния антропогенных факторов. Она отличается от той классической среды, которая рассматривалась в общей экологии в ранге действия природных абиотических и биотических факторов. Заметные перемены человечеством среды началось с тех пор, когда он от собирательства перешел к более современным видам деятельности. Любое воздействие на природу, которое последняя не могла ассимилировать, возвращалось к человеку с отрицательной стороны. Человек все чаще отстранял себя от природы и заключал в оболочку созданной им самим среды. Контакт человека с природной средой все более и более уменьшался.

Специфика действия антропогенных факторов на организмы

Важнейшие особенности антропогенных факторов следующие:

1) нерегулярность действия и в связи с этим непредсказуемость для организмов, а также высокая интенсивность изменений, несоизмеримая с адаптационными возможностями организмов;

2) любые действия на организмы, вплоть до полного из уничтожения, что свойственно природным факторам и процессам лишь в редких случаях (стихийные бедствия, катаклизмы). Воздействия человека могут быть как целенаправленными, типа конкурентной борьбы с организмами, именуемыми вредителями и сорняками, так и непреднамеренными, типа промысла, загрязнений, разрушения местообитаний и т. п.;

3) являясь результатом деятельности живых организмов (человека), антропогенные факторы действуют не как биотические (регулирующие), а как специфические (модифицирующие). Эта специфика проявляется либо через изменение природной среды в направлении неблагоприятном для организмов (температура, влага, свет, климат и т. п.), либо посредством привнесения в среду чуждых организмам агентов, объединяемых термином «ксенобиотики»;

4) ни один вид не совершает никаких действий во вред самому себе. Эта особенность присуща только человеку, наделенному разумом. Именно человеку приходится в полной мере получать отрицательные результаты от загрязняемой и разрушаемой среды. Биологические виды одновременно изменяют и кондиционируют среду; человек, как правило, изменяет среду в неблагоприятном для себя и других существ направлении;

5) человек создал группу социальных факторов, которые являются средой для самого человека. Действие этих факторов на человека, как правило, не менее значительно, чем природных.

Интегральным проявлением действия антропогенных факторов является специфическая среда, созданная влиянием этих факторов.

7. Компоненты среды, окружающей человека, и составляющие их элементы.

В среде, окружающей человека, по Н. Ф. Реймерсу можно выделить четыре неразрывно взаимосвязанных компонента-подсистемы.

1. природную среду,
2. среду, порожденную агротехникой − так называемую вторую природу, или квазиприроду,
3. искусственную среду − «третью природу», или артеприроду,
4. социальную среду.

Эти компоненты и составляющие их элементы следующие:

1. Собственно природная среда («первая природа»). Это - среда либо слабо измененная человеком (совершенно неизмененной человеком среды на Земле практически нет в силу хотя бы того факта, что атмосфера не имеет границ), или измененная в такой степени, что она не потеряла важнейшего свойства-самовосстановления и саморегулирования. Природный компонент среды человека составляют факторы естественного или природно-антропогенного происхождения, прямо или косвенно воздействующие на отдельного человека или человеческие общности (в том числе человечество в целом). К их числу Н. Ф. Реймерс относит энергетическое состояние среды (тепловое и волновое, включая магнитное и гравитационное поля); химический и динамический характер атмосферы; водный компонент (влажность воздуха, земной поверхности, химический состав вод, их физика, само их наличие и соотношение с населенной сушей); физический, химический и механический характер поверхности земли (включая геоморфологические структуры − равнинность, холмистость, гористость и т.п.); облик и состав биологической части экологических систем (растительности, животного и микробного населения) и их ландшафтных сочетаний (в том числе сочетаний непахотных сельскохозяйственных и лесохозяйственных земель с естественными экосистемами); степень сбалансированности и стационарности компонентов, создающих климатические и пейзажные условия и обеспечивающих определенный ритм природных явлений, в том числе стихийно-разрушительного и иного характера, рассматриваемого как бедствие (землетрясения, наводнения, ураганы, природно-очаговые заболевания и т.п.); плотность населения и взаимовлияние самих людей как биологический фактор; информационная составляющая всех упомянутых процессов и явлений. К настоящему времени такое пространство занимает примерно 1/3 часть суши. По отдельным регионам такие пространства распределяются следующим образом: Антарктида -почти 100%, Северная Америка (в основном Канада) - 37,5, страны СНГ - 33,6, Австралия и Океания - 27,9, Африка - 27,5, Южная Америка- 20,8, Азия- 13,6 и Европа -только 2,8% (Проблемы экологии России, 1993). В абсолютном выражении большая часть подобных территорий приходится на Российскую Федерацию и Канаду, где такие пространства представлены северными лесами, тундрами и другими мало освоенными землями. В России и Канаде на долю экологического пространства приходится около 60% территории. Значительные площади экологического пространства представлены высокопродуктивными тропическими лесами. Но это пространство в настоящее время сокращается невиданными темпами.
2. Преобразованная человеком природная среда. По Н. Ф. Реймерсу, «вторая природа», или среда квазиприродная (лат. квази - как будто). Среда «второй природы» (квазиприроды) - это все элементы природной среды, искусственно преобразованные, модифицированные людьми; они в отличие от собственно природной среды не способны системно само поддерживать себя (т.е. они разрушаются без постоянного регулирующего воздействия со стороны человека). К ним относятся пахотные и иные преобразованные человеком угодья («культурные ландшафты»); грунтовые дороги; внешнее пространство населенных мест с его природными физико-химическими характеристиками и внутренней структурой (разграничением заборами, различными постройками, изменяющими тепловой и ветровой режимы, зелеными полосами, прудами и т.д.); зеленые насаждения (газоны, бульвары, сады, ландшафтные парки и лесопарки, дающие имитацию природной среды). Н.Ф. Реймерс относит ко «второй природе» также домашних животных, в том числе комнатные и культурные растения. Такая среда для своего существования требует периодических энергетических затрат со стороны человека (вложения энергии).
3. Созданная человеком среда, или «третья природа», или артеприродная среда (лат. арте - искусственный). «Третьей природой» (артеприродой) Реймерс называет весь искусственно созданный, сотворенный человеком мир, не имеющий аналогов в естественной природе и без постоянного поддержания и обновления человеком неизбежно начинающий разрушаться. К ней, по мнению Н. Ф. Реймерса, могут быть отнесены асфальт и бетон современных городов, пространство мест жизни и работы, транспорта, предприятий сферы обслуживания (физико-химические характеристики, размерность, эстетика помещений и т.п.); технологическое оборудование; транспортные объекты; мебель и другие вещи («вещная среда»); все предметы, состоящие из искусственно синтезированных веществ. В качестве одного из элементов артеприродной среды называется также культурно-архитектурная среда. Современного человека окружает главным образом именно артеприродная среда, а не природная ¾ «первой» и «второй» природы. Большая часть людей индустриального общества живет в условиях именно такой «третьей природы».
4. Социальная среда – это общество и разнообразные общественные процессы.. Эта среда оказывает все большее и большее влияние на человека. Она включает взаимоотношения между людьми, психологический климат, уровень материальной обеспеченности, здравоохранение, общекультурные ценности, степень уверенности в завтрашнем дне и т.п. Социальная среда − это, по словам Н. Ф. Реймерса, прежде всего культурно-психологический климат, намеренно или непреднамеренно создаваемый самими людьми и слагающийся из влияния людей друг на друга, осуществляемого непосредственно, а также с помощью средств материального, энергетического и информационного воздействия. Такое воздействие включает экономическую обеспеченность в соответствии с выработанным обществом или данной этнической, социальной группой эталоном (жильем, пищей, одеждой, другими потребительскими товарами), гражданские свободы (совести, волеизъявления, передвижения, места проживания, равенства перед законом и т.п.), степень уверенности в завтрашнем дне (отсутствие или наличие страха перед войной, иным тяжелым социальным кризисом, потерей работы, голодом, лишением свободы, бандитским нападением, воровством, заболеванием, распадом семьи, ее незапланированным ростом или сокращением и т.п.); моральные нормы общения и поведения; свободу самовыражения, в том числе трудовой деятельности (максимальной отдачи сил и способностей людям, обществу с получением от них знаков внимания); возможность свободного общения с лицами одной этнической группы и сходного культурного уровня, т.е. создания и вхождения в эталонную для человека социальную группу (с общностью интересов, жизненных идеалов, поведения и т.п.); возможность пользоваться культурными и материальными ценностями (театрами, музеями, библиотеками, товарами и т.д.) или сознание обеспеченности такой возможности; доступность или сознание доступности общепризнанных мест отдыха (курортов и т.п.) или сезонной перемены типа жилища (например, квартиры на туристическую палатку); обеспеченность социально-психологическим пространственным минимумом, позволяющим избежать нервно-психического стресса перенаселения (оптимальная частота встреч с другими людьми, в том числе знакомыми и родными); наличие сферы услуг (отсутствие или наличие очередей, качество обслуживания и т.п.). Если допустить, что в крупном городе, например в Москве, будут сняты все неблагоприятные параметры абиотической среды (загрязнения всех видов), а социальная среда останется в том же виде, то нет оснований ожидать существенного уменьшения заболеваний и увеличения продолжительности жизни.

По словам Н.Ф. Реймерса, социальная среда, объединяясь с природной, квазиприродной и артеприродной средами, образует общую совокупность человеческой среды. Каждая из названных сред тесно взаимосвязана с другими, причем ни одна из них не может быть заменена другой или быть безболезненно исключена из общей системы окружающей человека среды.

Разнообразие, множественность разнородных сред, составляющих единую среду человека, определяют в конечном счете многообразие ее влияния на него.

По мнению Д. Ж. Марковича, понятие среда человека в самом общем виде может быть определено как совокупность естественных и искусственных условий, в которых человек реализует себя как природное и общественное существо. Среда человека состоит из двух взаимосвязанных частей: природной и общественной. Природный компонент среды составляет совокупное пространство, непосредственно или опосредованно доступное человеку. Это прежде всего планета Земля с ее многообразными оболочками. Общественную часть среды человека составляют общество и общественные отношения, благодаря которым человек реализует себя как общественное деятельное существо.

В качестве элементов природной среды (в узком ее понимании) Д.Ж. Маркович рассматривает атмосферу, гидросферу, литосферу, растения, животных и микроорганизмы.

Атмосферой называют газовую, воздушную оболочку, окружающую земной шар и связанную с ним силой тяжести. Она подразделяется на нижний слой − тропосферу (до высоты 8−18 км) и вышележащие слои − стратосферу (до 40−55 км), мезосферу (до 80−85 км), ионосферу (до 500−800 км) и экзосферу (800−2000 км). Наиболее освоенными человеком являются тропосфера и стратосфера (последняя в значительно меньшей степени). Общая масса атмосферы составляет 1,15−1015 т. Ее основные компоненты − азот (78,08%), кислород (20,95%), аргон (0,93%), углекислый газ (0,03%), остальные элементы (водород, озон и др.) находятся в чрезвычайно малых количествах. Кроме газов в атмосфере присутствуют также различные аэрозоли и водяной пар.

Гидросфера представляет собой водную оболочку Земли, включающую в себя Мировой океан, воды суши (реки, озера, ледники), а также подземные воды. Подавляющая часть вод гидросферы приходится на Мировой океан (94%), затем следуют подземные воды (4%) и ледники (1,7%). Вода выступает в роли универсального растворителя, так как взаимодействует со всеми веществами, не вступая с ними в химические реакции. В силу этой своей особенности она обеспечивает обмен растворенными в ней веществами между сушей и океаном, живыми организмами и окружающей средой. Вода играла и продолжает играть существенную роль в становлении и сохранении жизни на Земле. Первые организмы появились в водоемах, и лишь значительно позднее началось расселение живых существ по поверхности суши. Обращает на себя внимание также тот факт, что практически все функционирующие живые системы состоят в основном из воды в жидкой фазе: в растениях содержится до 85−95% воды, в организме человека − 57−66%.

Литосфера (или земная кора) − это верхняя твердая каменная оболочка Земли, ограниченная сверху атмосферой и гидросферой, а снизу − поверхностью субстрата мантии, устанавливаемой по сейсмическим данным. Она составляет 1,5% от общего объема планеты и 0,8% от ее массы. Общая мощность литосферы – 35-45 км на материках и 5−7 км в океанах. Породы, слагающие земную кору, подразделяют на изверженные, метаморфические и осадочные. Изверженные породы образуются в результате застывания расплавленной вулканической лавы. Метаморфические породы возникают вследствие нагрева или сжатия ранее образовавшихся пород. Осадочные породы образуются в результате разрушения более древних пород, а также гибели организмов. Из осадочных пород и продуктов жизнедеятельности разнообразных живых существ складывается почва − один из важнейших природных ресурсов человечества. Почва характеризуется плодородием и обеспечивает производство значительной доли потребляемых людьми пищевых ресурсов.

Растения, животные и микроорганизмы составляют живую природную среду человека.

Растения являются автотрофными (потребляющими органические вещества, полученными путем преобразования из неорганических) живыми организмами, для которых характерны способность к фотосинтезу и наличие плотных клеточных оболочек, состоящих обычно из целлюлозы. Они, как правило, не способны к активному передвижению. Растения являются основными поставщиками кислорода в атмосферу и потребителями углекислого газа. Они также составляют значительную часть пищевого рациона многих видов животных и людей. Царство растений включает более 350 тыс. научно описанных видов.

Животные представляют собой группу гетеротрофных (питающихся готовыми органическими веществами) живых существ, как правило, способных к активному передвижению. Животные участвуют в круговороте органических веществ и газов, активно усваивая кислород атмосферы и выводя в нее в качестве одного из продуктов жизнедеятельности углекислый газ. Животные широко используются человеком как «рабочая сила», а также как поставщики пищевого сырья и готовых продуктов питания. По имеющимся данным, общее число видов животных достигает 15−20 млн.

Микроорганизмы − это мельчайшие, преимущественно одноклеточные живые существа различной систематической принадлежности (представляющие как растительное, так и животное царства), видимые только в микроскоп. К ним относятся бактерии, микоплазмы, риккетсии, микроскопические грибы, водоросли, простейшие и вирусы. Микроорганизмы играют большую роль в круговороте веществ в природе. Некоторые из них активно используются человеком в пищевой и микробиологической промышленности: виноделии, хлебопечении, производстве лекарственных препаратов, витаминов и др. Значительную долю среди микроорганизмов составляют патогенные формы, вызывающие заболевания растений, животных и человека.

8. Выводы о связи знаний об окружающей человека среды и предметом экология.

Знакомство со средой, окружающей человека, и ее компонентами дает основание для выводов, имеющих существенное значение в уточнении объема, задач и методов социальной и прикладной экологии, а также ее связей с другими науками.

1. Сектор, представляющий природную среду, близкую к дикой природе, постоянно сокращается при расширении других секторов. Абсолютно неизмененной человеком природной среды практически не осталось на планете.

2. Человек вынужден интенсивно приспосабливаться либо к существенно измененной среде («вторая природа»), либо к искусственно созданной среде («третья природа»). Особенно интенсивно увеличивается зависимость человека от социально-психологической и социально-экономической среды.

3. Требуются все большие затраты на сохранение первой и особенно поддержание второй и третьей сред, не способных к саморегулированию.

4. Чисто технологические меры (малоотходное производство, замкнутые циклы, рециклизация отходов, очистные сооружения и т. п.) не могут решить проблему оптимизации взаимоотношений человека по улучшению социальной среды.

5. Сложность и многокомпонентность окружающей человека среды свидетельствует о комплексности и многоаспектности экологии как науки и учебной дисциплины, ее мировоззренческой направленности. Современная экология, имея в качестве базиса науки естественноведческого цикла, все больше становится связанной с науками гуманитарного и технического профиля, приобретает интегративный характер.

Вопросы: (для контроля знаний)

1. Что такое за дисциплина «социальная экология» и кто и когда ввел термин "социальная экология"?
2. Каковы задачи и методы дисциплины «социальная экология»?
3. Какие основные принципы и закономерности социальной экологии?
4. Какая взаимосвязь социальной экологии с другими науками?
5. Что такое среда, окружающая человека, и в чём её специфика?
6. Каковы компоненты окружающей человека среды и какие составляющие их элементы?

Список используемых источников:

1. Горелов А. А. Социальная экология. М., 1998.
2. Реймерс Н. Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы) // Россия молодая. 1994.
3. http://revolution.allbest.ru/ecology/d00224879.html
4. http://geopriroda.ru/ecology/278-sreda-okruzhayushhaya-cheloveka-yekologicheskie.html
5. http://studenchik.ru/1-89002.html

1. Предмет изучения социальной экологии.
2. Задачи социальной экологии.
3. Методы социальной науки.
4. Принципы и закономерности социальной экологии.
5. Взаимосвязь социальной экологии с другими науками.
6. Среда, окружающая человека и ее специфика.
7. Компоненты среды, окружающей человека, и составляющие их элементы.
8. Выводы о связи знаний об окружающей человека среды и предметом экология.

Лекция №7

Тема «Демография и проблемы экологии. Природные ресурсы, используемые человеком. Понятие «загрязнение среды».»

План лекции:

1. Определение «демография» и общепринятые понятия и термины в экологической демографии.
2. Негативные последствия роста численности населения Земли и проблемы экологии.
3. Классификация природных ресурсов.
4. Понятие «загрязнение среды» и классификации загрязнений.

Основные понятия и определения: