ОСНОВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ

Основной (элементарной) функциональной единицей биосферы есть экосистема. Экосистема — единый естественный комплекс, образованный за длинный период живыми организмами и средой, в которой они существуют, и где все компоненты тесно связаны обменом веществ и энергии. Но, в соответствии с представлением Ю. Одума, не всякая комбинация жизнь-среда — может быть экосистемой. Ею может стать лишь среда, где имеет место стабильность и четко функционирует внутренний кругооборот веществ. Выделяют микроэкосистемы (пенек с грибами, небольшое болото), мезоэкосистемы (участок леса, озеро, водохранилище) и макроэкосистемы (континент, океан). Глобальной экосистемой есть биосфера нашей планеты. Часто экосистему отождествляют с биогеоценозом. И. Дедю считает, что категории экосистема и биогеоценоз совпадают на уровне растительной общности и принципиально различаются лишь выше и ниже этого уровня. «Экосистема» — понятие более общее. Компоненты биогеоценоза — биотоп и биоценоз. Биотоп — однородное за абиотическими факторами среды пространство, занятое биоценозом (то есть место жизни вида, организма), а биоценоз — сообщество организмов (продуцентов, консументов и редуцентов), которые живут в границах одного биотопа. Понятие «биоценоз» — условное, поскольку вне среды существования организмы жить не могут, но ним удобно пользоваться в процессе изучения экологических связей между организмами.

В зависимости от местности, отношение к человеческой деятельности, степени насыщения, полноценности и т.п. различают биоценозы суши, воды, естественные и антропогенные, насыщенные и ненасыщенные, полночленные и неполночленные.

Во время изучения экосистем характеризуют: 1) их видовой или популяционный состав и количественное соотношение видовых популяций; 2) пространственное распределение отдельных элементов; 3) совокупность всех связей, в первую

очередь - цепей питания.

Экосистемы — открытые термодинамические функционально целостные системы, которые существуют за счет поступления из окружающей среды энергии и частично вещества и которые саморазвиваются и саморегулируются.

Одним из важных экологических понятий есть гомеостаз.

Гомеостаз — состояние внутреннего динамического равновесия естественной системы (экосистемы), которое поддерживается регулярным восстановлением ее основных элементов и вещественно-энергетического состава, а также постоянным функциональным саморегулированием компонентов. Гомеостаз есть характерным и необходимым для всех естественных систем — от атома и организма к космическим образованиям.

Все популяции имеют свойства, благодаря которым они поддерживают свою численность на оптимальном уровне в условиях среды, которые постоянно изменяются. Эти свойства и являются гомеостазом.

Вид (биологический) — совокупность организмов с родственными морфологическими признаками, которые могут скрещиваться друг с другом и имеют общий генофонд. Это основная структурная единица в системе живых организмов. Вид подчинен роду, но имеет подвиды и популяции. Виды имеют морфологические, физиолого-биохимические, эколого-географические (биогеографические) и генетические характеристики.

Популяция — совокупность особей одного вида с одинаковым генофондом, которая живет на общей территории на протяжении многих поколений.

Естественная среда — это все живое и безжизненное, что окружает организмы и с чем они взаимодействуют. Различают воздушную, водную и грунтовую среду, последним может быть и тело другого организма (для паразитирующих организмов).

Экологические факторы —все составные (элементы) естественной среды, которые влияют на существование и развитие организмов и на какие живые существа реагируют реакциями приспособления (за пределами способности приспособления настает смерть).

Раньше выделяли три группы экологических факторов - абиотические (неорганические условия: химические и физические, такие, как состав воздуха, воды, грунта, температура, свет, влажность, радиация, давление и т.п.), биотические (формы взаимодействия между организм-хозяин-паразит) и антропогенные (формы деятельности человека). Сегодня различают десять групп экологических факторов (общее количество — около шестидесяти), объединенных в специальную классификацию: за временем — факторы времени (эволюционные, исторические, действующие), периодичности (периодический и непериодический), первичные и вторичные;

за происхождением (космические, абиотические, биотические, природно-антропогенные, техногенные, антропогенные); за средой возникновения (атмосферные, водные, геоморфологические, физиологические (генетические, экосистемные)); за характером (информационные, физические, химические, энергетические, биогенные, комплексные, климатические); за объектом влияния (индивидуальные, групповые, видовые, социальные); за степенью влияния (летальные, экстремальные, ограничивающие, возмущающие, мутагенные, тератогенные); по условиям действия (зависимые или независимые от плотности); за спектром влияния (выборочного или общего действия).

Одни и те же экологические факторы неодинаково влияют на организмы разных видов, которые живут вместе. Для одних они могут быть благоприятными, для других — нет. Важным элементом есть реакция организмов на силу влияния экологического фактора, отрицательное действие которого может возникать в случае излишка или недостатка дозы. Поэтому есть понятие благоприятная доза. или зона оптимума фактора, и зона пессимума (доза фактора, за которой организмы чувствуют себя угнетенно).

Диапазоны зон оптимума и пессимума есть критерием для определения экологической валентности — способности живого организма приспосабливаться к изменениям условий среды. Количественно она выражается диапазоном среды, в границах которого вид нормально существует. Экологическая валентность разных видов может быть очень разной (северный олень выдерживает колебание температуры воздуха от -55 к +25-30°С, а тропические кораллы гибнут уже при изменении температуры на 5-6 °С). За экологической валентностью организмы разделяют на стенобионты - с маленькой приспособленностью к изменениям среды (орхидеи, форель, дальневосточный рябчик, глубоководные рыбы) и еврибионты — с большой приспособленностью к изменениям окружающей среды (колорадский жук, мыши, крысы, волки, тараканы, камыш, пырей). В границах еврибионтов и стенобионтов в зависимости от конкретного фактора организмы разделяют на эвритермные и стенотермные (за реакцией на температуру), евригалинные и стеногалинные (за реакцией на соленость водной среды), еврифоты и стенофоты (за реакцией на освещение).

Следует отметить, что в природе экологические факторы действуют комплексно В особенности важно помнить это, оценивая влияние химических загрязнителей, если «суммарный» эффект (на отрицательное действие одной вещества накладывается отрицательное действие других, а к тому прибавляется влияние стрессовой ситуации, шумов, разных физических полей — радиационные, тепловые, гравитационного или электромагнитного) очень изменяет условные значения ГДК, приведенные в справочниках. Это вопросы на сегодня еще мало изученные, но через актуальность и большое значение находится в состоянии активного исследования во всех развитых странах. Этот эффект называют синергичным.

Важным есть также понятие лимитирующие факторы, то есть такие, уровень (доза) которых приближается к границе выносливости организма, концентрация которого низшая или высшая оптимальной.. Это понятие затронуто законами минимума Либиха (1840 г) и толерантности Шелфорда (1913 г.). Наиболее часто лимитирующими факторами есть температура, свет, биогенные вещества, течения и давление в среде, пожары и т.п..

Более всего распространенные организмы с широким диапазоном толерантности относительно всех экологических факторов. Высочайшая толерантность характерная для бактерий и сине-зеленых водорослей, которые выживают в широком диапазоне температур, радиации, солености, Рн.

Экологические исследования, связанные с определением влияния экологических факторов на существование и развитие отдельных видов организмов, взаимосвязей организма с окружающей среды, есть предметом науки аутэкологии. Раздел экологии, которая изучает условия формирования структуры и динамики популяций какого-либо вида, это — демэкология. Раздел экологии, которая исследует ассоциации популяций разных видов растений, животных, микроорганизмов (биоценозов), пути их формирования и взаимодействия с окружающей средой, называется синэкологией. В границах синэкологии выделяют фитоценологию, или геоботанику (объект изучение - группировок растений), биоценологию (группировки животных).

Следующим важным понятием есть цепь питания (трофическая цепь) — взаимоотношения между организмами во время переноса энергии пищи от ее источника (зеленого растения) через ряд организмов (путем поедания) на более высокие трофические уровни. На этом пути переноса энергии действуют

автотрофы — представители растительного мира и гетеротрофы разной степени.

Следует отметить, что в процессе любого очередного переноса энергии пищи с одного трофического уровня на другого (высший) большая часть (80-90 %) потенциальной энергии теряется, переходя в теплоту. Цепи питания разделяют на два типа: цепи пастбищ (от зеленого растения к травоядному животному и

дальше — к хищникам, которые поедают травоядных животных) и детритные (цепи разложения от детрита через микроорганизмы к детритофагам и их потребителям — хищникам). Количество звеньев в трофической цепи обычно не превышает четырех-пяти. В последнее время считают, что лучшее употреблять термин «трофическая сетка», а не «цепь»,так как в состав пищи каждого типа входит несколько видов, каждый из которых, в свою очередь, может быть Пищей для нескольких видов. Эффективность трофических цепей оценивается величиной биомассы экосистемы и ее биологической производительностью.

Биомасса — это общая масса особей одного вида, групп видов или сообщества в целом (растения, животные, микроорганизмы), которое приходится на единицу поверхности (объема), места. проживания (в сыром или сухом виде). Выражают биомассу в килограммах на гектар, граммах на квадратный или кубический метр или в джоулях (единицах энергии). Наибольшую биомассу на суше среди гетеротрофов имеют беспозвоночные и грунтовые микроорганизмы (биомасса дождевых червей может достигать 1000—1200 кг/га), около 90% биомассы биосферы приходится на биомассу наземных растений, которые с помощью. фотосинтеза — биосферного процесса — усваивают свободную энергию и обеспечивают существование всего живого. Началом биологического кругооборота веществ есть именно фотосинтез. Но механизм фотосинтеза остается тайной для ученых и поныне. Есть несколько гипотез, которые объясняют механизм этого явления. Одна из последних - фотовольтаичная Г. Комисарова.

Наибольшей есть биомасса тропических лесов (до 1700 т/га), а наименьшей — тропических и субтропических пустынь (около-2,5 т/га). Биомасса луговых степей составляет 250 ц/га (наземная), лесной полосы (Полесье) -до 3500—4000 (наземная) и 960 ц/га (подземная).

Наземные растения за массой почти в 100 раз превышают наземных животных, а масса травоядных в столько же раз большая за массу хищников.

Скорость продуцирования биомассы на данной площади за единицу времени называют биопродуктивностью. Она может быть первичной (производительность, продуцентов) и вторичной (биомасса, которую продуцируют консументы и организмы которые разлагаются).

Первичная производительность материков составляет около 53 млрд. т органического вещества, Мирового океана — до 30 млрд. т. На суше основным источником первичной биомассы являются тропические леса, леса Полесья и Сибири, в океане — зоны подъема обогащенных фосфором и азотом глубинных вод возле материков в тропиках, а также материковые мели холодных морей.

Подсчитано, что ныне ежегодной биомассы планеты, которую собирает человечество, уже недостаточно для питания населения Земли, а вся биосфера способная прокормить не большее 7-10 млрд. человек. Поэтому в ближайшее время следует прекратить обеднение биосферы и повысить ее производительность минимум вдвое.

На протяжении последних десятилетий все более часто употребляется термин «агроценоз».

Агроценозы — молодые биоценозы, которые формируются в наше время, характеризуются видовой бедностью и однообразием и поддерживаются человеком благодаря разработанной ею системе агротехнических и агрохимических мероприятий. Это вторичные, видоизмененные человеком биогеоценозы (поля, огороды, сады, подводные плантации мидий и т.п.).

В агроценозах регуляторные связи очень ослаблены, что приводит к резкому увеличению численности вредителей и возбудителей разных болезней. Но агроценозы дают человечеству до 90 % продуктов питания.

Агроценозы - результат экстенсивного разорения земель, суперирригаций и неграмотных мелиораций, активного выпаса скота, вырубки лесов, суперхимизации земель, а также продолжительного выращивания одних и тех же культур на одних и тех же полях. Они существуют сравнительно с естественными очень непродолжительное время (зерновые агроценозы — год, садовые — 30-40 лет).

Агроценозы — следствие антропогенного обмена веществ, которое есть экологически очень несовершенным, незамкнутым, так как на входе этого обмена являются естественные ресурсы, а на выходе — агрохимические, промышленные и бытовые отходы, которые не возвращаются на производство, не депонируются и не разлагаются, как это обычно происходит в биосфере миллионы лет.

Важными есть также понятие биологический маленький и геологический большой кругооборот веществ, а также круговороты воды, азота, углекислого газа как главнейших, с экологической точки зрения, компонентов атмосферы, а также кругообороты серы, фосфора, углерода как важнейших жизненных веществ биосферы.

Кругооборот веществ — это их многоразовое участие в естественных процессах, которые извечно происходят в геосферах. Большую роль в кругооборотах веществ, а точнее химических элементов, играют живые организмы, на что впервые обратил внимание французский ученый Ж. Ламарк. В. Вернадский исследовал этот вопрос и сформулировал основные законы биогеохимического кругооборота.

Маленький, или биологический (биотический), кругооборот имеет место в границах маленьких экосистем, большой (геологический) в границах планеты, между океанами и континентами. Во время кругооборота происходит кругообразная циркуляция веществ между воздухом, грунтом, водой, растениями, животными и микроорганизмами, минеральные вещества, нужные для жизни, поглощаются, трансформируются, поступают из окружающей среды в состав растительных организмов, а от них через цепи питания в виде органических веществ — к животным, дальше через звено редуцентов - снова в окружающую среду (в грунты, воды, воздух) в виде неорганических веществ.

Благодаря наличию в атмосфере и гидросфере большого резервного фонда углерода, азота, кислорода, серы, фосфора круговороты могут относительно быстро саморегулироваться.

Во время биологического кругооборота происходят очень характерные изменения энергии в процессе перехода с одного трофического уровня на другого. В трофический кругооборот экосистемы в среднем поступает около 1 % солнечной энергии, на следующие высшие трофические равные из низших переходит лишь 10 % усвоенной организмами энергии, а 80-90 % рассеиваются в экосистеме в виде тепла. Растения используют солнечную энергию с эффективностью от 0,1 до 1 %. Растениеядные животные потребляют около 10 % энергии, аккумулированной растениями, хищники — до 10 % накопленной травоядными животными (их биомассы), то есть всего около 0,001 % солнечной энергии, которая поступает на Землю. Этот факт разрешил построить экологические пирамиды биомасс, энергии, экосистем.