История развития экологии. Предмет экологии

1.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра водопользования и экологии
ЭКОЛОГИЯ
Лекция 1
История развития
экологии.
Предмет экологии
Макарова Светлана Витальевна
к.б.н., доцент

2.

Часть 1
ИСТОРИЯ ЭКОЛОГИИ
2

3. Периоды становления и развития экологии

I период – накопление эмпирических знаний о природе в
эпоху древних цивилизаций
II период (XV-XVIII вв.) - изучение влияния природных
условий на живые организмы и систематизация
накопленных знаний
III период (XIX – начало XX в.) появление
и развитие науки экологии
IV период (первая половина ХХ века) – формирование
системной концепции в экологии
V период (вторая половина ХХ века – настоящее время) –
современная экология
3

4. История экологии

Экология как самостоятельная
наука возникла в XIX веке
Ее основатель -
Эрнст Геккель
(1834-1919)
В 1866 г. ввел термин
«экология» и сформулировал
содержание новой науки
«Экология – это экономика
природы»
(οikos греч.— жилище, дом)
4

5. История экологии

Чарльз Дарвин
(1809-1882)
1859 г. – выход книги
«Происхождение видов путем
естественного отбора и
сохранение
благоприятствующих рас в
борьбе за жизнь»,
в которой раскрыты движущие
силы эволюции – борьба за
существование и естественный
отбор
5

6. История экологии

• «Экология — это познание экономики природы,
одновременное исследование всех взаимоотношений
живого с органическими и неорганическими
компонентами окружающей среды… Одним словом,
экология — это наука, изучающая все сложные
взаимосвязи в природе, рассматриваемые Дарвином
как условия борьбы за существование»
Э.Геккель
6

7. История экологии

Формирование системной концепции в экологии
(первая половина XX в.) –
Представления о целостности природных систем,
объединяющих сообщества живых организмов и условия их
обитания в единую функциональную структуру,
сформулированные в трудах некоторых ученых, не стали
господствующими взглядами в XIX веке, получили свое
развитие в первой половине ХХ в.
• Учение о биосфере (В.И.Вернадский, 1926)
• Концепция экосистемы (А.Тенсли, 1935)
• Учение о биогеоценозе (В.Н.Сукачев, 1942)
7

8. История экологии

В.И.Вернадский
(1863-1945)
1926 г. – выход книги
«Биосфера»
Биосфера - глобальная
система, функционирование которой основано
на динамическом единстве
и взаимодействии
«косных», «живых» и
«биокосных» компонентов
8

9. История экологии

• А. Тэнсли (1935) - ввел термин «экосистема»
Экосистемы – целостные функциональные единицы природы, в
которых как организмы, так и неорганические компоненты
находятся в относительно устойчивом равновесии
• В. Н. Сукачев (1942 ) – создал учение о биогеоценозе
Идеи о единстве организмов с физическим окружением, о
закономерностях, которые лежат в основе таких связей, об
обмене веществами и энергией между ними
9

10. История экологии

Современная экология
(вторая половина ХХ в. – начало XXI в.) • Накопление экологических проблем (загрязнение среды,
истощение ресурсов и др.) и озабоченность мирового
сообщества угрозой экологического кризиса
• Переход от антропоцентризма к биоцентризму в экологии.
Осознана роль человека как части природы и зависимость его
от природных процессов
• Экологическое образование и воспитание - неотъемлемая
часть культуры
Экология становится комплексной междисциплинарной
прикладной наукой, решающей задачи сохранения
биосферы
10

11.

Международная конференция ООН в Рио-де-Жанейро
«Окружающая среда и развитие» (июнь 1992 г.)
• Принята Концепция устойчивого развития, согласно которой
прогресс и удовлетворение потребностей нынешнего
поколения должно происходить не в ущерб будущим
поколениям
• «Повестка дня на XXI век» - стратегия перехода к
устойчивому развитию
• Одно из основных условий устойчивого развития – всеобщее
экологическое образование
11

12.

Л.И.Цветкова, М.И. Алексеев,
Ф.В.Кармазинов, Е.В.НевероваДзиопак
ЭКОЛОГИЯ
Учебник для технических вузов
(1999, 2001, 2012)
12

13. Федеральный закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»

Статья 71. Всеобщность и комплексность экологического
образования
В целях формирования экологической культуры и
профессиональной подготовки специалистов в области
охраны окружающей среды устанавливается система
всеобщего и комплексного экологического образования,
включающая в себя общее образование, среднее
профессиональное образование, высшее образование и
дополнительное профессиональное образование
специалистов, а также распространение экологических
знаний, в том числе через средства массовой информации,
музеи, библиотеки, учреждения культуры, природоохранные
учреждения, организации спорта и туризма
13

14. Федеральный закон от 10.01.2002 N 7-ФЗ «Об охране окружающей среды»

Статья 74. Экологическое просвещение
Ч.1. В целях формирования экологической культуры в
обществе, воспитания бережного отношения к природе,
рационального использования природных ресурсов
осуществляется экологическое просвещение посредством
распространения экологических знаний об экологической
безопасности, информации о состоянии окружающей
среды и об использовании природных ресурсов.
14

15.

Академик А.Ф.Алимов
(1933-2019)
«В наше время экология стала
популярной. К сожалению, в нашей
стране слово «экология» с легкой руки
непрофессионалов широко
употребляется для обозначения всех
форм взаимоотношений человека и
окружающей среды, в том числе, им
же созданной.
Часто науку экологию и
окружающую среду рассматривают
как синонимы и связывают с
проблемами взаимоотношений
человека и природы…
Непрофессиональное использование
понятия «экология» приводит к
размыванию представления о науке,
которая имеет специфический
предмет, метод и цель исследования»
(Алимов А.Ф. Об экологии всерьез// Вестник Росс. Акад.
Наук, т.72, №12, 2002, с.1075-1080)

16.

Необходимо запомнить:
• Экология - это НЕ синоним понятия «окружающая среда»
• Экология – это НЕ характеристика состояния окружающей
среды, поэтому она не может быть «плохой» или
«хорошей»
• Экология – это НЕ синоним понятия «охрана природы»
• Экология – это НЕ общественная деятельность. Эколог – это
человек, получивший специальное образование
ЭКОЛОГИЯ – ЭТО НАУЧНАЯ ДИСЦИПЛИНА,
ИЗУЧАЮЩАЯ БИОСИСТЕМЫ НАДОРГАНИЗМЕННОГО
УРОВНЯ
16

17.

Часть 2
ПРЕДМЕТ ЭКОЛОГИИ
17

18. Предмет экологии

• Биосфера состоит из биологических систем, т. е. биосистем
разного уровня сложности и организации
• Биосистемы — это природные системы, в которых живые
компоненты, называемые биотическими, упорядоченно
взаимодействуют с неживой физической средой
(абиотическими компонентами), составляя с ними единое
целое.
• Все абиотические компоненты в конечном итоге
представляют собой вещества и энергию
• Биосистемы, составляющие биосферу, связаны между собой
иерархической структурой, образуя «служебную лестницу
жизни»
18

19. Предмет экологии

Биотические и абиотические компоненты вместе образуют
соответствующие биосистемы, расположенные в
следующем порядке:
1) генетические системы
2) клеточные системы
3) системы органов
4) системы организмов
5) популяционные системы
6) экологические системы, или экосистемы
19

20.

Биосистемы
20

21. Предмет экологии

• Биосистемы разных уровней являются предметом изучения
различных дисциплин: генетические системы изучает
генетика, клеточные - цитология, органы - физиология,
организмы - разнообразные разделы ботаники, зоологии,
микологии, микробиологии
• Предметом экологии являются биосистемы
надорганизменного уровня — популяционные,
экологические и биосфера
Экология – это наука о закономерностях существования и
развития надорганизменных биологических систем
21

22. Популяционные системы

В популяционных системах биотический компонент
представлен популяциями
• Популяция — это совокупность разновозрастных
особей
одного
вида,
обменивающихся
генетической
информацией,
объединенных
общими условиями существования, необходимыми
для поддержания численности в течение
длительного
времени:
общностью
ареала,
происхождением, свободным скрещиванием и др.
22

23. Популяционные системы

Основные характеристики популяции:
• Численность, биомасса
• Плотность – это величина численности и биомассы
популяции, отнесенная к единице площади или объема
пространства
• Рождаемость – число новых особей, появившихся за
единицу времени в результате размножения
• Смертность – показатель, отражающий количество
погибших в популяции особей за определенный отрезок
времени;
• Прирост популяции – разница между рождаемостью и
смертностью; прирост может быть как положительным, так и
отрицательным
23

24. Популяционные системы

• Кривые выживания изменение численности в
зависимости от возраста
1- смертность повышается с
возрастом
2- смертность не зависит от
возраста
3- высокая смертность на ранних
стадиях
1
2
3
Форма кривой определяется:
- степенью заботы о потомстве
- плотностью популяции
Возраст, % продолжительности жизни
(по Крискунову, 1995)
24

25. Популяционные системы

• Пространственная структура популяции – характер
распределения организмов в пространстве
Пространственная структура популяции
(А – случайное, Б – равномерное, В – групповое распределение,
по Ю.Одуму, 1986)
25

26.

Виды, живущие группами
26

27. Популяционные системы

• Возрастная структура популяции – соотношение
различных возрастных групп, в популяции, определяющее ее
способность к размножению
в развивающихся популяциях значительная доля приходится на молодые
особи;
в стабильных популяциях возрастное распределение
относительно равномерно,
в вымирающих популяциях молодые особи составляют меньшую долю
от общей численности
Анализ возрастной структуры позволяет прогнозировать
численность популяций на ряд ближайших лет, что важно
для сохранения биоразнообразия, решения социальных
задач и промысла
27

28.

Возрастная структура популяции
28

29. Популяционные системы

• Динамика популяций
Межгодовая динамика численности популяций
(по Крискунову и др., 1995)
29

30. Динамика народонаселения

• Динамика народонаселения определяется, главным образом,
социальными и экономическими факторами
• Для оценки демографической ситуации используются:
коэффициенты рождаемости (КР) и коэффициенты
смертности (КС)
КР =
Число рожденных детей в год × 1000
Численность населения*
КС =
* - на середину года
30
Число умерших за год × 1000
Численность населения*

31. Динамика народонаселения

• Коэффициент прироста населения (КП) - ежегодный
прирост населения (%)
КП = (КР – КС)/10
• Средний коэффициент фертильности (СКФ) – среднее
число детей у одной женщины
• Коэффициенты рождаемости и средний коэффициент
фертильности зависит от одних и тех же факторов
31

32. Динамика народонаселения

• Уровень образованности и обеспеченности - снижение КР
и СКФ при повышении уровня образования и
экономического благосостояния
• Урбанизация – у городского населения коэффициенты ниже
• Высокая стоимость воспитания и образования снижает
коэффициенты в тех странах, где детский труд запрещен
• Возраст вступления в брак – чем он выше, тем ниже
коэффициенты
32

33. Динамика народонаселения

• Пенсионное обеспечение – при высоком уровне
пенсионного обеспечения коэффициенты снижаются
• Культурные традиции и религиозные убеждения
• Коэффициент детской смертности – чем он выше, тем
КР и СКФ выше
• Использование детского труда – повышает
коэффициенты
33

34.

Средний коэффициент фертильности
https://www.cia.gov/the-world-factbook/
34

35.

Динамика роста населения за 10 000 лет,
млрд. чел.
35

36. Динамика народонаселения

• В первые миллионы лет истории человечества
численность населения росла экспоненциально,
но медленно (0,002% в год)
• В настоящее время динамика роста численности
населения на планете описывается J-образной
кривой
• Самый большой прирост населения Земли был в
1970 г. (2.06%)
• В настоящее время прирост населения снизился
до 1.1% в год
36

37. Динамика народонаселения

Неуклонный рост численности населения земли
приводит к:
• повышению нагрузки на биосферу
• росту загрязнения окружающей среды
• истощению природных ресурсов
• возрастанию энергетических потребностей,
поэтому демографические проблемы в современном мире
становятся предметом не только таких наук как
демография и социология, но и экологии
37

38. Экосистема

• Термин «экосистема» предложил Артур Тенсли (1935 г.)
• Экосистема – это биосистема надорганизменного
уровня, в которой биотические компоненты
представлены биоценозом, а абиотические биотопом
Биоценоз (от греч. bios - «жизнь» и koinos - «сообщество») –
сообщество живых организмов, совокупность популяций
различных видов
Биотоп (от греч. bios — жизнь и topos — место) –
определенное пространство абиотической среды, в
котором обитает биоценоз
38

39. Состав экосистемы

Экосистема
39

40. Состав экосистемы

I.
40
Абиотические компоненты (биотоп) – физические и
химические компоненты неживой природы
неорганические вещества и химические элементы,
участвующие в обмене веществ между живой и неживой
материей: СО2, Н2О, О2, Са, Mg, K, Na, Fe, N, P, S и др.
органические вещества, связывающие абиотическую и
биотическую части экосистем: углеводы, жиры,
аминокислоты, белки и др.
поток энергии
среда обитания (наземно-воздушная или водная)
климатический режим
гидрологические условия (течения) и т.д.

41. Состав экосистемы

II. Биотические компоненты (биоценоз) – компоненты живой
природы (живые организмы)
Структура биоценоза
41

42. Состав экосистемы

1. Продуценты
(лат. producens – cоздающий, производящий)
• Основная функция в экосистеме – синтез органических
веществ из неорганических
• В качестве питательного материала используют
неорганические вещества (воду, углекислый газ, нитраты,
фосфаты и др.)
• В качестве источников энергии используют солнечный свет
(фотоавтотрофы) или энергию химических реакций
(хемоавтотрофы)
42

43.

Состав экосистемы
• Фотоавтотрофы –
используют энергию
солнечного света в
процессе фотосинтеза
- Зеленые растения
- Цианобактерии
(синезеленые водоросли)
- Пурпурные и зеленые
серобактерии
43

44. Состав экосистемы

• Хемоавтотрофы используют энергию химических реакций
в процессе хемосинтеза
Например:
- Нитрифицирующие бактерии
- Железобактерии
- Тионовые бактерии
44

45. Состав экосистемы

2. Консументы (лат. consume – потреблять)
• Потребляют готовое органическое вещество в качестве
источника пищи и энергии (животные, человек) – являются
гетеротрофами
• В экосистеме осуществляют начальную стадию разложения
органических веществ
• Подразделяются в зависимости от потребляемого
органического вещества:
- Фаготрофы (греч. phagos – пожирающий) – питаются
другими организмами (хищники, травоядные)
- Cапротрофы (греч. sapros – гнилой) - питаются мертвым
органическим веществом (дождевые черви, грифы и др.)
45

46.

Фаготрофы и сапротрофы
46

47. Состав экосистемы

3. Редуценты (лат. reductio – возвращение, восстановление)
• Основная функция в экосистеме – минерализация
органических веществ (разложение мертвых органических
веществ до неорганических ):
- очищение природной среды от отходов
- возвращение веществ в круговорот
К редуцентам относятся: бактерии, низшие грибы
47

48. Состав экосистемы

Неорганические
вещества
Отмирание
Продуценты
Консументы
Редуценты
Взаимодействие организмов в биоценозе
48

49. Пространственная структура экосистем

С точки зрения пространственной структуры, в природных
экосистемах можно выделить два яруса:
• Верхний, автотрофный ярус, или «зеленый пояс» Земли надземная часть экосистемы, или толща воды в водоеме, куда
проникает солнечный свет и где присутствуют зеленые
растения. Преобладает синтез органических веществ
(фотосинтез)
• Нижний, гетеротрофный ярус, или «коричневый пояс»
Земли - почвы в наземных экосистемах и донные отложения в водных. Преобладают процессы разложения мертвых
органических остатков (минерализация)
49

50. Пространственная структура

Граница между лесом и болотом (фото В.В.Горшкова)
50

51. Пространственная структура

Экотон
Экосистема 1
Экосистема 2
Переходная зона между двумя экосистемами
называется экотон
51

52.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра водопользования и экологии
Автор
Макарова Светлана Витальевна
[email protected]