Проф. Вишнецкая М.В. 1-5

1.

Общая экология

2.

Экология
гр. oikos – жилище, обитель
logos – учение
нем. Эрнст Геккель
1866 г.

3. Предмет и основные подходы

экология
Общая экология
Теоретическая экология
Математ. экология
Моделирование экологических
систем и процессов
Экспериментальная
экология
Геоэкология
Экология геосфер
Экология биогеографических
природных зон
Климатология
Экология регионов, стран,
континентов
Социальная экология
Экологическая экономика
природопользования
Прикладная экология
Инженерная экология
Сельскохозяйственная
экология
Биоресурсная и промысловая
экология
Коммунальная экология
Медицинская экология
Экологическая
химия
Биоэкология
Экология групп организмов
Эволюционная экология
Экология естественных
биосистем
Экология человека
Биоэкология человека
Социальная экология
Экология человечества
Подразделения современной экологии

4.

•"ecology" (экология)
•"environmental science"
(наука об окружающей среде)

5.

Два подхода
1. Технологический или антропоцентрический подход
Правила устанавливает сам человек.
Человек свободен от сил, которые правят природой.
Законы природы не должны мешать прогрессу.
Проблемы есть следствие неправильного ведения хозяйства.
Проблемы могут быть устранены технологически.
Характерен для политиков, экономистов, хозяйственников,
большинства инженеров

6.

Два подхода
2. Биоцентрический или экоцентрический подход.
Человека должен принимать условия природы.
Развитие человечества часть эволюции природы, где свои законы.
Проблемы порождены самим человеком.
Нарушения не могут быть восстановлены технически.
Прогресс человечества ограничивается законами природы.
Характерен для небольшого круга профессиональных экологов
и системных аналитиков

7.

Охрана окружающей среды –
недопущение появления в среде обитания людей вредных
для здоровья компонентов.
Охрана природы –
ограничение или запрещение изъятия природных ресурсов,
недопущение нарушения жизнедеятельности природных
систем.

8.

Основные законы экологии
Законы Б.Коммонера (1974)
1. Все связано со всем.
2. Всё должно куда-то деваться.
3. Природа знает лучше.
4. Ничего не даётся даром.

9.

Теоремы экологии
Законы системы человек – природа
закон бумеранга
закон обратной связи взаимодействия человек –
биосфера
П. Дансеро (1957)
– четвертый закон Б. Коммонера
«ничто не дается даром»

10.

Законы системы человек – природа
Неизбежность платежей
закон незаменимости биосферы
В.И. Вернадский, Д.М. Марша и Э. Реклю
закон обратимости биосферы
П. Дансеро (1957)
закон необратимости взаимодействия человек – биосфера
правила меры преобразования природных систем

11.

Правило меры преобразования природных систем
Следствия
Единица (возобновимого) ресурса может быть получена лишь в
некоторый отрезок времени.
Перешагнуть через фазу последовательного развития природной
системы с участием живого невозможно.
Рациональное хозяйство возможно лишь в рамках некоторых
размеров, выход за которые снижает их эффективность.
Преобразовательная деятельность не должна выводить
природные системы из равновесия избытком средообразующих
компонентов.

12.

Правило меры преобразования природных систем
Следствия
Преобразование природы дает локальный выигрыш за счет
ухудшения показателей в смежных местностях или в биосфере.
Хозяйственное воздействие затрагивает не только ту систему,
на которую оно направлено, но и на ее надсистемы.
Природные цепные реакции затрагивают динамические качества
природы.
Вторичное экологическое равновесие устойчивее первичного, но
потенциальный «запас преобразований» сокращается.
Несоответствие «целей» регуляции в природе и целей хозяйства
приводит к деструкции природного образования.
Технические системы воздействия всегда менее эффективны,
чем естественные.

13.

Частные закономерности
закон убывающей отдачи А.Тюрго – Т. Мальтуса:
повышение удельного вложения энергии в агросистему не
адекватно увеличению ее продуктивности (урожайности).
Соотношение вложения энергии и энергии урожая (эксергия)
США
1910 г. 1:1,
1970 г. 10:1
закон (правило) демографического насыщения
принцип технико-социально-экономического насыщения
правила ускорения исторического развития

14. Иерархия уровней организации живой материи (“лестница жизни”)

Энергия
Абиотические компоненты
Энергия
Вещество
сообщества
Биотические
компоненты
популяции
организмы
органы
клетки
гены
1
5
4
3
2
6
1 генетические системы
2 клеточные системы
3 системы органов
4 системы организмов
5 популяционные системы
6 экологическая система
(экосистема)

15. Типы возрастной структуры популяции

Популяция
Возраст
Развивающаяся
Стабильная
Вымирающая
Старость
Зрелость
Молодост
ь
%
популяции
особей

16. Экосистема озера

воздух
осадки
микроорганизмы
водоросли
рыбы
Биоценоз
гр. koinos общий
+
воздух
осадки
=
вода
Биотоп
гр. topos место
водоросли,
микроорганизмы,
рыбы
Экосистема
(озеро)

17. Состав и свойства экосистем

Принцип эмерджентности
У более крупных систем возникают уникальные свойства,
которых не было на предыдущем (низшем) уровне.
эмерджентные (англ. emergent – неожиданно
появляющийся)
2 Н2 + О2 = 2 Н2О

18. Состав экосистем

Абиотические компоненты экосистемы
Неорганические вещества и
химические элементы
СО2, Н2О, О2, N2, Ca,
Mg, K, Na, Fe, P, S, Cl
Органические
вещества
Климатический режим
углеводы, жиры,
аминокислоты, гуминовые
вещества
Воздушная
Водная
Твердая
среда обитания

19.

Биотические компоненты экосистемы
Продуценты
лат. producens создающий,
производящий
автотрофы
гр. autos сам;
trophe пища
Фотоавтотрофы
Редуценты
лат. reducens
возвращающий
Сапротрофы
Хемоавтотрофы
Консументы
лат. consume потреблять
Фаготрофы
Гетеротрофы
гр. heteros разный;
trophe пища

20.

Биотические компоненты экосистемы
фотоавтотрофы
6CO2 + 6H2O h
C6H12O6 + 6O2
6CO2 + 12H2S h
C6H12O6 + 12S + 6H2O
хемоавтотрофы
2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + 660 кДж
2HNO2 + O2 = 2HNO3 + 158 кДж

21. Образование и разложение органических веществ

Джозеф Пристли (1771 г.)
Ян Ингенхоус (1779 г.)
Корнелиус ван Ниль

22. Реакции фотосинтеза

Для зелёных растений:
nCO2 + nH2O
h
(CH2О)n + nO2
Для красных водорослей:
nCO2 + 2nH2S
h
(CH2О)n + 2nS + nH2O
Метаболизм (греч. metabol - изменения)

23. Дыхание

С6Н12О6 + О2 СО2 + Н2О + 686 кал
универсальная энергонесущая молекула
АТФ
аденозинтрифосфорная кислота

24. Виды дыхания

Аэробное
С6Н12О6 + О2 СО2 + Н2О + 686 кал
Особенности анаэробного дыхания:
С6Н12О6 + CH3COOH 4СО2 + 4СН4 + Q
Q<Qпот
СН4 + 2O2 СО2 + 2Н2О +q1
Q+q1 = Qпот

25. Брожение

С6Н12О6 С2H5ОH + СO2 + Q3
Q3<Qпот
С2H5ОH + O2 Н2О + СO2 + q3
Q3+q3 = Qпот

26.

Продукция и деструкция
Продукция – процесс образования органических веществ (П)
Деструкция – процесс разложения органических веществ (Д)
Автотрофные системы П Д (тайга)
Гетеротрофные системы Д П (город)

27. Развитие экосистем

Автотрофная сукцессия –
П/Д>1
Гетеротрофная сукцессия –
П/Д<1
Климакс –
П/Д=1

28. Состояние экологической сукцессии в разных экосистемах

Продукция (П), г м2 сут 1
100
Коралловые рифы
Сельское хозяйство
П/Д>1
10
Эвтрофные озера
Леса
Степи
П/Д<1
Автотрофные сукцессии сельское хозяйство,
эвтрофные озёра.
П/Д=1
Пруды
1
Загрязненные реки
Океаны
Пустыни
Сточные воды
0,1
1
10
Дыхание (Д), г м2 сут 1
Зрелые –
леса, степи, озёра, океаны,
пустыни, коралловые рифы.
100
Гетеротрофные сукцессии –
город, загрязнённые воды,
болото.

29.

Шкала Кэлдера
1 год = 100 млн. лет
возраст планеты Земля 46 лет
до 20 лет поверхность Земли безжизненна
в 45 лет поверхность покрылась растительностью.
динозавры вымерли 8 месяцев назад.
на прошлой неделе некоторые обезьяны превратились в человека;
4 часа назад люди начали промышлять охотой,
час назад – земледелием.
30 сек назад человечество стало индустриально-мощным.
3 сек назад замечено антропогенное действие

30.

Атмосферные и температурные условия на
Земле
и других планетах
Планета
Содержание основных газов в
атмосфере
Температура,
С
СО2
N2
О2
Марс
95
2.7
0.13
-53
Венера
Земля
"без жизни"
98
1.9
Следы
477
98
1.9
Следы
290
Земля
0.03
78
21
13

31. Эволюция экосферы

Добиотическая эволюция:
Образование планеты и ее атмосферы 4,5 млрд. лет назад
Т, резко восстановительная, H2, N2, H2O, CH4, NH3, инертные газы, CO,
HCN, формальдегид
Абиотический круговорот веществ:
Круговорот воды; водная миграция элементов. Автокатализ: отбор и рост молекул.
УФ излучение солнца, радиоактивность, электрические разряды.
Образование органических соединений.
Конденсация и полимеризация C, H, O, N
Круговорот орган.соединений, появление молекулярных
систем самовоспроизведения

32. Биотическая эволюция:

Возникновение жизни на Земле ( 3,5 млрд. лет назад)
Хемоавтотрофные прокариоты, эукариоты
Прокариот (гр. karyon – ядро) не имеют обособленных ядер.
Эукариот имеют ядро.
Биотический круговорот и формируются функции живого вещества.
Фотосинтез, изменения состава среды
Биопродукция О2
Окислительная атмосфера.
Высокая степень замкнутости биотического круговорота

33. Биогенные элементы. Макро- и микроэлементы

N/P = 16:1; в реках и ручьях 28:1
K, Ca, S и Mg
Для растений 10 микроэлементов:
Fe, Mn, Cu, Zn, B, Si, Mo, Cl, V и Co
По функциям делят на три группы:
необходимы для фотосинтеза
необходимы для азотистого обмена
Fe, Mn, Zn, Cl, V
Fe, B, Mo, Co
необходимы для метаболических функций
Mn, Cu, B, Si, Co
Животным
Se, Cr, Ni, F, I, Sn и As

34.

Живое вещество
Свойства и функции по Вернадскому
Живое вещество
масса, энергия и химическое вещество
Свойства живых веществ:
Всюдность жизни
Движение не только пассивное, но и активное.
Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти.
Высокая адаптация к условиям окружающей среды.

35.

Живое вещество
Свойства и функции по Вернадскому
Функции живого вещества:
Энергетическая.
Газовая.
Концентрационная.
Основные свойства биосферы:
Создание нового органического вещества
(автотрофы).
Неисчерпаемость элементов и веществ, их круговорот
(редуценты).

36. Экологические факторы

Абиотические
Химические
состав атмосферы,
воды, почвы
Биотические
Физические
температура, давление,
влажность, течения
Антропогенные
Антагонистические
хищничество, паразитизм,
конкуренция
Неантагонистические
симбиоз (гр. symbiosis сожительство)
комменсализм (лат. commensalis сотрапезник)
мутуализм (лат. mutuus взаимный)

37. Биотические факторы экосистем

Антагонистические
(гр.) antagonizsma борьба
Неантагонистические
Антагонистические
( ) ( )
Хищничество ( )
Паразитизм ( )
(гр.) parasitos
тунеядец
Конкуренция ( )
(лат.) cocurrentia
соперничество

38. Биотические факторы экосистем

Неантагонистические
односторонние (0 )
нейтральные (0 0)
взаимовыгодные ( )
Симбиоз ( )
(гр.) simbiosis
сожительство
Комменсализм ( 0)
(лат.) commensalis
сотрапезник
Мутуализм ( )
(лат.) mutuus
взаимный

39.

Стабильность экосистем
Резистентная устойчивость –
калифорнийский лес из секвойи.
Упругая устойчивость –
вересковые пустоши.

40.

Закон минимума. Закон Либиха
Рост растений зависит от того элемента питания, который
присутствует в минимальном количестве.
Относительное действие экологического фактора на организм
тем сильнее, чем больше он приближается к минимальному
значению.

41. Зоны действия экологического фактора

Численность популяции
Сопт.
C
C
min max - пределы устойчивости
Отрезок Cmin Cmax - диапазон устойчивости
Отрезки 1,3 – стрессовые зоны
Предел
устойчивости
Сmax
Предел
устойчивости
Сmin
Стресс Опт.условияСтресс
1
2
3
Интенсивность
экологического
фактора
Диапазон устойчивости
Зависимость численности популяции от интенсивности
действия экологического фактора

42.

Фундаментальный биологический принцип
Для каждого вида растений или животных существует
оптимум,
стрессовые зоны и
пределы устойчивости
в отношении каждого
экологического фактора.

43. Закон толерантности. Закон В.Шелфода

лат. tolerantia терпение
Рост и развитие организмов зависит в первую
очередь от тех факторов среды, значения
которых приближаются к экологическому
минимуму или экологическому максимуму.

44.

Следствия закона толерантности:
1. Организмы с широким диапазоном толерантности по всем
факторам широко распространены в природе.
2. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности по
одному фактору и узкий диапазон по другому.
3. Если условия по одному из экологических факторов
становятся не оптимальны, то может измениться предел
толерантности по другим факторам.
4. Экстремальные или стрессовые значения одного из факторов
ведут к снижению предела толерантности по другим
факторам.

45.

Лимитирующий фактор –
любой экологический фактор, приближающийся
к крайним пределам значения толерантности.
Компенсация экологических факторов –
стремление организмов ослабить негативное воздействие
физических, биотических и антропогенных воздействий.
Экологическая пластичность

46.

Температурный диапазон жизни на Земле, °C
Среда обитания
Минимум
Максимум
Амплитуда колебания
Суша
70,0
+55,0
125,0
Моря
3,5
+36,0
39,5
Пресные воды
0,0
+93,0
93,0

47. Санитарно-гигиеническое нормирование

Воздействие экологического фактора на организм
Жизненная активность
Оптимум жизненного
состояния
Необратимые
изменения
С’лет
С’лим
Необратимые
изменения
Сопт
Слим
Концентрация вещества
Смакс= СПДК
Слет С