Пошук
загрузка...
Книги
Счетчик

ТЕОРЕТИЧНІ АСПЕКТИ ЕКОЛОГІЇ

  1. Синекологія (екологія угрупувань) розділ екології, який вивчає життя угрупувань різних видів організмів та їх взаємодію (син – разом + екологія).

1.1.            Популяції різних видів живих організмів, що заселяють спільне місце проживання, вступають у взаємовідносини, тому що користуються спільним життєвим простором і харчовими ресурсами. Після тривалого співіснування формується багатовидові угрупування. Набір видів в угрупованні визначається можливістю підтримки кругообігу речовин.

Ценоз – угруповання;

Біоценоз – угруповання живих організмів (рослин, тварин, грибів, мікроорганізмів), що утворилось на певній території за довгий період часу. Термін ввів нім. зоолог К. Мебіус у 1877р.

Біотоп – ділянка поверхні планети (суходолу, водойми) з однотипними абіотичними умовами (рельєфом, кліматом, грунтами, характером зволоження та ін.), яку займає біоценоз.

Критерій виділення біоценозів:

–         видовий склад флори і фауни;

–         тривалість в часі;

–         має свою територію і межі.

Структура біоценозу:

  1. 1. Видова структура:
  • фітоценози – сукупність рослин;
  • зооценози – сукупність тварин;
  • мікоценози – сукупність грибів;
  • мікробоценози – сукупність мікроорганізмів.

Видове різноманіття є одним з основних показників структури біоценозу.

  1. 2. Просторова структура

Видові популяції у складі біоценозів розташовуються як по площині (горизонтально), так і по вертикалі. Завдяки цьому система завжди займає трьохмірний простір.

Наприклад, лісові фітоценози вертикально структуровані за ярусністю:

  • Перший ярус – грунтова, листяна підстилка, лишайники, водорості.
  • Другий ярус – низькорослі трави, мохи.
  • Третій ярус – високорослі трави, напівкущики.
  • Четвертий ярус – кущі.
  • П’ятий ярус – середньо рослі дерева.
  • Шостий ярус – високорослі дерева.

Ярусність позитивно впливає на формування більш повночленних біоценозів (наприклад, крони дерев перехвачують більшу частину сонячної енергії, формуючи при цьому температурний та водний режим для інших рослин біоценозу).

  1. 3. Трофічна структура

Трофічна структура передбачає розподіл організмів на продуценти, консументи та редуценти, які в конкретних екосистемах формуються за рахунок популяцій  багатьох видів.

Трофічна – завдяки кормовим (трофічним) взаємостосункам у біогеоценозах здійснюється передача біогенних речовин та енергії та їх розподіл між видами (популяціями). Чим багатший видовий склад біоценозу, тим різноманітніші напрями  швидкість потоку речовин і енергії.

Ланцюги живлення, якими перебігає Е, об’єднують всі організми в єдиний комплекс.

Харчовий ланцюг – перенесення енергії від її джерела – рослин (автотрофів) – через ряд організмів, яке відбувається під час з’їдання одними організмами інших:

1 – 3 %

Рослини                                   продуценти                              автотрофи

10%

рослиноїдні тварини

фітофаги                            консументи 1 порядку

10%

хижаки                                      консументи 2 порядку           гетеротрофи

10%

хижаки                                      консументи 3 порядку

10%

деструктори

бактерії гниття                          редуценти

Трофічний рівень – місце організму в харчовому ланцюзі.

Перший трофічний рівень – продуценти, автотрофи – зелені рослини, які здатні використовувати  світлові промені для утворення хімічних сполук, багатих на енергію (синтезують органічні речовини з неорганічних), (авто- самостійно, незалежно; трофос – живлення). Продуценти – найважливіша частина біоценозу, бо решта організмів харчового ланцюга залежать від постачання Е, якою запаслися рослини.

Продуценти (автотрофи, виробники) – це організми, що створюють (продукують) органічну речовину з неорганічної (води, вуглекислого газу та мінеральних солей) за рахунок сонячної енергії в процесі фотосинтезу. Утворена глюкоза (виноградний цукор), є вихідною речовиною для інших органічних сполук. Ці сполуки рослини використовують для підтримки обміну речовин та для побудови субстанції власного тіла (фітомаса). При цьому енергія втрачається під час дихання та віддачі тепла. Лише незначна частина світловипромінювання – променевої енергії перетворюється на хімічну енергію. Продуценти здатні самостійно створювати і забезпечувати себе органічною речовиною і виконують роль накопичувачів органічної речовини. До продуцентів належать зелені рослини.

Гетеротрофи (гр. гетеро – інший) – організми, які споживають готові органічні речовини. Представлені консументами і деструкторами.

Консументи (гетеротрофи) – це організми, що одержують енергію за рахунок харчування автотрофами чи іншими консументами. Вони залежать від автотрофів, оскільки для живлення потребують багатих на енергію речовин, щоб із них будувати субстанцію свого тіла (зоомаса). Гетеротрофи використовують енергію хімічних звязків органічних речовин, яка була акумульована автотрофами. Частина енергії втрачається через дихання.

Другий трофічний рівень утворюють травоїдні тварини, яких називають первинними консументами.

Третій трофічний рівень – мясоїдні, які живляться травоїдними . Це вторинні консументи або первинні хижаки.

Четвертий трофічний рівень становлять хижаки, які живляться первинними хижаками. Називаються третинними консументами або вторинними хижаками.

Пятий трофічний рівень – третинні хижаки, четвертинні консументи.

Окрема ланка кормового ланцюга – деструктори, біоредуктори-організми, які розкладають органічні речовини, це: мікроорганізми (бактерії, дріжджі), гриби – сапрофіти.

Завдяки їх діяльності в грунт повертаються мінеральні речовини.

Праця деструкторів закінчує колообіг речовин утворенням CO2, NH4, H2S, CH4, H2 та  іонів, таких як PO4, Cl-, Na+ K+ Ca2+ та ін.

Ланцюг живлення (трофічний ланцюг) – взаємовідносини між організмами під час переносу енергії їжі від її джерела  (зеленої рослини) через ряд організмів (шляхом поїдання) на більш високі трофічні рівні;

або:

–          ряди взаємопов’язаних видів, в яких кожний попередній є об’єктом живлення наступного, називають ланцюгами живлення.

Розрізняють ланцюги живлення різних типів. Тип ланцюга залежить від початкової ланки. Початковою ланкою в ланцюгах живлення можуть бути рослини, мертві рослини, рештки чи послід тварин.

Кожна з ланок ланцюга живлення може використовувати лише 5 – 15 % енергії харчів для побудови речовини свого тіла. Внаслідок неминучої втрати енергії кількість утворюваної органічної речовини в кожній наступній ланці зменшується. Таким чином, кожен ланцюг споживання містить, як правило, не більше 4 – 5 ланок, тому що внаслідок втрати енергії загальна біомаса кожної наступної ланки приблизно в 10 разів менша за попередню. Ця закономірність називається правилом екологічної піраміди.

Закон екологічної  піраміди – відображає ефективність засвоєння енергії на різних трофічних рівнях. З одного трофічного рівня екологічної піраміди переходить на інші її рівні не більше 10%Е.

Значення закону: дає змогу обчислювати необхідні площі для забезпечення організму продуктами харчування.

Екологічна піраміда буває трьох типів:

1)      піраміда чисел – показує чисельність окремих організмів на кожному рівні, причому загальне число особин, що беруть участь у ланцюгах живлення, з кожною ланкою зменшується;

2)       піраміда біомаси – кількісне співвідношення органічної речовини; при цьому сумарна маса рослин виявляється більшою, ніж біомаса всіх травоїдних організмів, маса яких, у свою чергу, перевищує масу всіх хижаків;

3)      піраміда енергії (продукції) – кількість енергії в харчах кожного рівня, причому на кожному наступному трофічному рівні кількість біомаси, що утворюється за одиницю часу, більша, ніж на наступному.

Ефективність трофічних ланцюгів оцінюється величиною біомаси екосистеми та її біологічною продуктивністю.

Біомаса – загальна маса особин одного виду, групи видів, чи спільноти в цілому (рослини, тварини, мікроорганізми), що припадає на одиницю поверхні чи об’єму місце проживання, ( виражають в масі сирої речовини).

Продуктивність екосистеми – швидкість продукування біомаси: материки – 53 млд. т., моря, океани – 30 млрд. т., орг. речовини. Планета дає в рік 6,7 * 10 Ккал продуктів харчування, цього не вистачає для харчування всього населення планети.

Екологічна ніша – фізичний простір з властивими йому екологічними умовами, що визначають існування організму, місце виду в природі, що включає не лише становище його в просторі, а й функціональну роль у біоценозі та ставлення до абіотичних факторів середовища існування.

Екологічна ніша характеризує ступінь біологічної спеціалізації даного виду. Це функціональне поняття.

Екологічна ніша являє собою:

–          певні умови середовища;

–          спосіб життя;

–          спосіб добування їжі.

Місцезнаходження – “адреса” організму;

Екологічна ніша – його “професія”.

2. Біогеоценологія (вчення про екосистеми).

Основною функціональною одиницею біоекології є екосистема. Цей термін вперше був введений англійським біологом А. Тенслі в 1935р.

Система – це впорядковано взаємодіючі і взаємопов’язані компоненти, що утворюють єдине ціле.

Екологічна система – складна ієрархічна структура організованої матерії, в якій при об’єднанні компонентів в більші функціональні одиниці виникають нові якості, що відсутні на попередньому рівні; є одним стійким природним комплексом живих організмів і природного середовища, в якому вони існують; відкритою термодинамічною системою, що існує за рахунок надходження з навколишнього середовища енергії та речовини і має здатність до саморозвитку та саморегуляції.

Під час вивчення екосистем характеризують:

  • видовий чи популяційний склад і кількісне співвідношення видових популяцій;
  • абіотичні умови та ресурси, що властиві даній системі;
  • сукупність усіх зв’язків, у першу – ланцюгів живлення, співвідношення організмів з різним типом живлення;
  • розмір первинної і вторинної продукції;
  • просторовий розподіл окремих елементів;
  • швидкість колообігу.

Класифікація екосистем за розмірами:

  • мікроекосистеми (трухлявий пень, мурашник, мертві стовбури дерев, калюжа, краплина води);
  • мезоекосистеми, або біогеоценози (ділянка лісу, озеро, водосховище). Біогеоценоз – екосистема в межах фітоценозу.;
  • макроекосистеми (континент, океан);
  • глобальною екосистемою – охоплюють величезні території чи акваторії, що визначаються характерними для них макрокліматами і відповідають цілим природним зонам (екосистеми тундри, тайги, степу, пустелі, саван, листяних і мішаних лісів помірного поясу, субтропічного і тропічного лісів, морські екосистеми, а також біосфера нашої планети).

В 1944р. Сукачовим введений термін біогеоценоз.

Біогеоценоз – це сукупність на певному просторі земної поверхні однорідних природних явищ (атмосфери, грунту, кліматичних умов, рослинного, тваринного світу) та живих організмів,  об’єднаних обміном речовин і енергії в єдиний природний комплекс.

Отже, під біоценозом розуміють стійку систему сумісно існуючої біоти (автотрофних і гетеротрофних організмів). Таким чином, біоценоз – це конкретна сукупність живих організмів на певному просторі суші або акваторії. Цей простір з конкретними умовами місцезростання і є біотопом.

Біогеоценоз – це екосистема в межах конкретного фітоценозу.

До складу біогеоценозу входять біотоп та біоценоз.

Біотоп – однорідний за абіотичним факторами простір середовища, зайнятий біоценозом (тобто місце життя видів, організмів)

Біоценоз – це конкретна сукупність живих організмів на певному просторі суші або акваторії, що називається біотопом.

Схема будови біогеоценозу (за  В. М. Сукачовим)

Біогеоценоз

Зооценоз

тваринний світ

Фітоценоз

рослинність

Кліматичні фактори (кліматоп)

Необхідність введення поняття біогеоценоз викликана тим, що

Необхідність введення поняття біогеоценоз викликана тим, що

екологічна система не має просторової прив’язки  (екосистемою може бути корова із мікроорганізмами, що паразитують на її тілі).

Біогеоценоз – це завжди визначена окрема ділянка біосфери. З цієї точки зору біогеоценоз можна розглядати як окремий випадок, або один з видів екосистеми, який має чітку територіальну прив’язку. Поняття “біоценоз” – умовне, оскільки поза середовищем існування організми жити не можуть, але ним зручно користуватися у процесі вивчення екологічних зв’язків між організмами.

3.Глобальна екологія. Вчення про біосферу.

3.1. Основоположники вчення про біосферу В. І. Вернадський (1967), Тейяр де Шарден (1987).

3.2. Біосфера – об’єднання усіх живих організмів, що знаходяться у взаємозв’язку з фізичним середовищем Землі.

–  Сукупність екосистем нашої планети.

–  Єдина планетарна система, в якій підтримується необхідне для життєдіяльності організмів середовище. Самі організми змінюють параметри інших сфер Землі в межах біосфери. Біосфера організована за рахунок діяльності живих організмів. У межах Біосфери здійснюється біогенних кругообіг речовин та спрямований потік Е.

Сучасна біосфера стабільна, що  є наслідком високого рівня організованості, цілісності, структурованості.

4. Межі біосфери.

Верхня межа озоновий  екран атмосфери;

нижня межа:2 – 3 км вглиб суші;

1 – 2 км нижче дна океану;

5. Основна маса живої речовини зосереджена у біостромі (98 % всієї живої речовини планети)

Біострома – охоплює поверхню суходолу та верхні шари водойм.

6. Речовини біосфери.

1)      жива речовина – організми різних видів;

2)      біогенна речовина – є продуктом життєдіяльності живих організмів (торф, вугілля);

3)      нежива (косна) речовина – в утворенні якої живі організми не брали участь (гірські породи, мінерали);

4)      біокосна речовина – сформована завдяки взаємодії живої і косної речовини (грунт);

5)      радіоактивна речовина;

6)      космічна речовина (метеорити).

7. Роль живої речовини в біосфері.

–          поглинає сонячну Е, перетворює в Е хімічних зв’язків;

–          зміна газового складу атмосфери (О2 біогенного походження);

–          сформував озоновий шар (відбиває жорстке космічне випромінювання);

–          утворення осадових порід;

–          утворення грунту; кругообіг речовин.

8. Кругообіг речовин.

–          великий (геологічний) – міграція хім. елементів за рахунок тектонічних процесів та сонячної Е, має абіотичний характер.

Тривалість існування 4 млрд. років (потужність в атм., гідр., літосф. 2*1016 тонн/рік.)

- малий (біогенний) кругообіг – міграція хімічних елементів в результаті діяльності живих організмів, виник з появою життя на Землі.

С     1011 тони/рік

О2 2*1011 тони/рік

N     2*1011 тони/рік

Р      108 тони/рік

Зараз обидва круги протікають одночасно, тісно пов’язані між собою. Переміщення речовин забезпечує життєдіяльність живих організмів.

9 Просторова міграція речовин.

1)      механічне перенесення – без зміни хімічного складу;

2)      водна – здійснюється за рахунок розчинення речовин та їх наступного переміщення у формі іонів або колоїдів (один з найбільш важливих видів переміщення);

3)      повітряна – перенесення речовин у формі газів, пилу, аерозолей з потоками повітря;

4)      біогенна – перенесення за участі живих організмів;

5)      техногенна – проявляється як результат господарської діяльності людини.

10. Концентраційна функція живої речовини – жива речовина вибірково поглинає з навколишнього середовища хімічні елементи.

Біогенні – хімічні елементи, що беруть переважну участь у побудові живої речовини, її синтезі.

За характером накопичення у організмах тварин хімічні елементи поділяються на:

–          накопичувачі – концентрують певні елементи у своєму тілі;

–          розсіювачі – завдяки міграції розсіюють хімічні елементи на території біому;

–          очищувачі – утримують певні елементи у своєму тілі значно менше, ніж в їжі, яку вони використовують (таким чином сприяють очищенню трофічних ланцюгів від даного елемента).

1.4. Антропогенний вплив. Забруднення та його види

Під антропогенним впливом розуміють прямий або опосередкований вплив людського суспільства на природу, що призводить до локальних або глобальних її змін.

Суть антропогенного впливу на біосферу – споживання людством первинної біологічної продукції в процесі життєдіяльності з метою виживання. Наслідком антропогенного впливу є утворення відходів – первинних (безпосередні “залишки” невикористаного продукту біосфери, у т.ч. порушені) і вторинних (різні забруднення). До вторинних відходів належать синтезовані людиною, але ворожі природним екосистемам речовини.

Антропогенний вплив характеризується поняттям антропогенне навантаження – величина прямого або опосередкованого антропогенного впливу на природне середовище в цілому або на її окремі компоненти. За розрахунками спеціалістів, антропогенне навантаження на природне середовище подвоюється кожні 10…15 років.

Забруднення природного середовища – потрапляння в природне середовище речовин (твердих, рідких, газоподібних), біологічних агентів, різних видів енергії в кількостях і концентраціях, що перевищують тіриродний для живих організмів рівень.

Існус декілька класифікацій забруднень:

1. За походженням – природне і антропогенне.

Природне – це забруднення оточуючого середовища, що виникає без участі людини або як результат її віддаленого опосередкованого впливу на природу. Основні джерела природного забруднення – стихійні, катастрофічні природні процеси: селі, виверження вулканів, повені, пожежі тощо.

Антропогенне – будь-яке забруднення, викликане діяльністю людини.

2. За об’єктами – забруднення вод, атмосфери, ґрунтів, ландшафту.

3. За тривалістю і масштабом поширення – тимчасове й постійне, локальне, регіональне, трансмежуюче, глобальне.

4. За  джерелами   й   видами   забруднювачів   –   фізичне,   хімічне, біологічне, біотичне, механічне забруднення.

Фізичне – забруднення, що відбувається в результаті відхилення від норми її температурно-енергетичних, хвильових, радіаційних та інших фізичних властивостей:

•   теплове (термальне) – характеризується періодичним або тривалим підвищенням температури середовища вище природного рівня;  воно характерне для повітряного і водного середовища результаті викидів, скидів нагрітих газів і відпрацьованих вод);

•  світлове — пов’язано з періодичним або тривалим перевищенням рів­ня природної освітленості місцевості за рахунок використання джерел штучного освітлення; характерне для індустріальних центрів, великих міст, агломерацій. Ця форма забруднення самостійно або в поєднанні з іншими здатна призводити до аномалій у розвитку живих організмів, їх міграції;

•   шумове   – характеризується   перевищенням   рівня   природного шумового фону; головне його джерело – технічне обладнання, транспорт тощо – характерне для міст, околиць аеродромів, промислових об’єктів; призводить   до   втомлюваності   людини,   стресових   станів,   розвитку нервово-психічних   захворювань  (досягнення   рівня   шуму   90  децибел викликає втрату слуху; навіть відносно невисоке або тривале шумове забруднення природних екосистем призводить до їх зміни (переселення окремих видів, порушення процесів відтворення тощо);

•  радіоактивне    – пов’язане    з    перенасиченням    природного середовища радіоактивними елементами і речовинами (одночасно може розглядатися  і   як  хімічне  забруднення).  Основні  джерела –  ядерні установки,   випробовування,   аварії,   штучні   трансуранові   елементи, продукти поділу ядер радіоактивних ізотопів та ін. – особливо небезпечні для людини, тварин та рослин внаслідок негативного впливу підвищених доз радіації на генетичний апарат і біологічні структури організмів;

електромагнітне – форма фізичного забруднення оточуючого середовища, пов’язана з порушенням його електромагнітних властивостей. Основні джерела – лінії електропередачі (ЛЕП), телерадіоустановки та ін.

Хімічне – забруднення оточуючого середовища, що формується в результаті зміни його природних хімічних властивостей або при потраплянні в середовище хімічних речовин, не властивих їй, а також у концентраціях, які перевищують фонові (природні). За визначенням ООН, хімічними забрудниками вважаються всі речовини і сполуки, що виявляються в неналежному місці, у неналежний час і в неналежній кількості. Основні джерела забруднення – промисловість, транспорт, сільське господарство. Серед хімічних речовин особливе місце займають речовини першого класу небезпеки, надзвичайно небезпечні або високотоксичні, для яких встановлені мінімальні показники наявності в оточуючому середовищі, оскільки сам факт наявності речовин, які мають здатність накопичуватися в живому організмі, потребує особливої уваги. До них належать берилій, ванадій, кобальт, нікель, цинк, хром, свинець, ртуть і деякі інші важкі метали, металоорганічні сполуки, нафтовідходи, ціанисті сполуки, пестициди, радіоактивні елементи.

До високонебезпечних речовин, синтезованих людиною, належить група діоксидинів, яким властива потужна мутагенна, канцерогенна, ембріотоксична дія. Діоксидини характеризуються також здатністю до біоакумуляції; різні відхилення в розвитку людини, які вони викликають, можуть передаватися спадкове.

Біологічне – це занесення в екосистеми нехарактерних для них видів живих організмів, які негативно впливають на здоров’я людини і його господарську діяльність. Цей вид забруднення виникає в результаті випадкового природного занесення шкідливих для даної території організмів, але він найчастіше пов’язаний з діяльністю людей (в результаті механічного занесення шкідливих видів і створення біотехнологічних продуктів). Біологічному забрудненню сприяє зміна природних умов місць існування в результаті фізичних та хімічних впливів.

Особливо небезпечним вважається біологічне забруднення середовища збудниками інфекційних і паразитарних хвороб людини й тварин, а також збудниками хвороб сільськогосподарських рослин.

Форма біологічного забруднення – мікробіологічне — масове розмно­ження мікроорганізмів на антропогенних або змінених людиною природних субстратах; особливо небезпечні для людини, тварин і рослин патогенні мікроорганізми, що пов’язані з людиною за ланцюгами живлення (мікробне забруднення).

Біотичне - це небажане з точки зору людини перевищення в середовищі (ґрунті, воді, повітрі) вмісту певних видів біогенів або поява нехарактерних для даної території біогенів. Основними джерелами цього виду забруднення є змивання у водойми мінеральних і органічних добрив, накопичення в середовищі нечистот, виділень, відмерлих організмів, потрапляння штучно синтезованих органічних речовин.

Механічне - це забруднення оточуючого середовища відносно інерт­ними у фізико-хімічному відношенні побутовими і виробничими відходами (будівельне і побутове сміття, пакувальні матеріали тощо). Найбільше цьому видові забруднення підлягають грунти та водойми. Засмічення середовища -одна із форм механічного забруднення, що значно погіршує естетичні й рекреаційні якості середовища. До цього виду забруднення належить засмічення космічного простору. За сучасними даними в ближньому космосі знаходиться близько 3000 тонн космічного сміття.

Маловідходне виробництво

Впровадження маловідходних виробництв, різке зменшення відходів – одна з важливих проблем ОНС і раціонального природокористування.

Із затраченої сировини 5 – 10 % переходить до готової продукції, а залишок йде у відходи.

Цілі:

–          досягти найбільш повного використання ресурсів, в т. ч. знизити дефіцит окремих видів ресурсів;

–          знизити ступінь забруднення НС токсичними та шкідливими відходами, т.ч. зберегти природу для майбутніх поколінь.

Передбачає:

–          відсутність усяких відходів у замкненому технологічному ланцюгу;

–          комплексну переробку сировини.

Основні напрямки створення:

–          розробка технологічних систем, що виключають викиди у НС;

–          створення замкнених циклів (технологічних схем з багаторазовим використанням води та технологічних газів;)

–          створення систем переробки відходів виробництва як вторинної сировини (організація безвідходних територіально – промислових комплексів).

Вплив урбанізації на НС.

Урбанізація – (лат.) – місто формування.

Екологічні проблеми міст пов’язані з надмірною концентрацією на відносно невеликих територіях населення транспорту, промислових підприємств з утворенням антропогенних ландшафтів, дуже далеких від стану екологічної рівноваги.

Відсоток міського населення: на планеті 40%

Німеччина 90%

Швеція, Аргентина 83%

Уругвай    82%

США         80%

Японія       76%

Австрія       75%

Швидко ростуть міські агромерації Вашингтон – Бостон і Лос-Анджелес, Сан-Франциско в США.

Вплив транспорту на НС.

загрузка...