Экология (от греч. оikos – дом, родина; lоgоs – слово, понятие, учение) в буквальном смысле – наука о местообитании организмов. Понятие «экология» весьма обширно, поэтому в зависимости от задач меняется и формулировка. Основоположник экологии Э. Геккель (1866) называл ее наукой об экономике природы. Х. Одум (1959) дал следующее определение: «Экология – биология окружающей среды».
Экология – это наука, изучающая условия существования и взаимосвязи между живыми организмами и средой их обитания.
Для того чтобы без напряжения читать учебную и научную литературу по экологии, нужно усвоить довольно сложную терминологию, принятую в этой науке. Одна из задач данного учебного пособия – ознакомить студентов с основами общей экологии без предварительной подготовки по анатомии, морфологии, ботанике, химии, экономике, философии.
Разделы экологии. Прежде всего надо выделить структурную экологию, включающую три больших раздела: аутэкологию, демэкологию и синэкологию.
Аутэкология, или экология особей, изучает взаимодействие одного организма (особи) с окружающей средой.
Демэкология, или популяционная экология, – учение о взаимодействии индивидуумов одного вида между собой и окружающей средой на их общей территории, о структурах и динамике популяций отдельных видов. Эти знания необходимы для решения важнейших проблем – определения механизмов регуляции численности организмов, выработки оптимальной плотности, допустимых норм изъятия из популяций при различных антропогенных нагрузках на территорию.
Синэкопогия, или экология сообществ, анализирует отношения между различными видами животных, растений и организмов, а также отношения определенного сообщества с неорганической средой обитания. Она переросла в науку об экосистемах в отечественной и немецкой литературе – в представления о биогеоценозах.
Экологию можно классифицировать по конкретным объектам, средам исследования. Так, выделяют экологию человека, экологию животных, экологию растений, экологию микроорганизмов. Эти организмы исследуют на уровне особей и популяций, поэтому выделяют экологию клетки, организма и сообщества. Организмы обитают в различных зонах и средах – в воде, почве, атмосфере (природных или измененных, часто загрязненных). Соответственно в структуре экологии имеются разделы: экология суши, водоемов, атмосферы, экология полярного, бореального, суббореального, субтропического и тропического поясов, различных зон, экология естественных, измененных и антропогенных систем, экология незагрязненных и загрязненных систем в отдельности.
Часто тематика экологии переплетается с определенными отраслями биологии и с другими науками. В результате сформировались новые направления: эволюционная экология, экологическая физиология, палеоэкология, экология ландшафтов, географическая экология, химическая экология, математическая экология, глобальная экология и др. Быстрыми темпами развиваются космическая экология, эргономика (изучает особенности-взаимодействия человека и машины)
По отраслевым признакам обособляются агроэкология (сельскохозяйственная), лесная, инженерная, медицинская и др. Важное значение имеют аспекты прикладной экологии, особенно загрязнение окружающей среды, природные ресурсы, искусственные и агрохозяйственные биоценозы, контроль и управление качеством природной среды.
Общая экология в основном исследует законы формирования структуры, функционирования, развития и гибели природных экосистем (биогеоценозов). При этом прежде всего нужно знать такие свойства биогеоценозов, как устойчивость, надежность функционирования, а также исследовать круговорот веществ и баланс энергии в экосистемах.
Для студентов землеустроительных специальностей важно изучить основные теоретические положения общей экологии, круговороты веществ в природе, природные ресурсы, загрязнение среды.
Предмет, цели и задачи экологии. Объекты исследования в экологии – организмы и их системные совокупности, экосистемы – весьма сложны. Предмет изучения – комплекс взаимоотношений или структура связей между организмами и окружающей средой во времени на различных уровнях организации живого. Экология рассматривает организмы в окружающем мире, в котором действуют постоянно меняющиеся силы.
Важнейшие дели экологии – выявить закономерности взаимодействий между растениями, животными и микроорганизмами и средой их обитания и на этой базе наметить пути, с помощью которых можно сохранить все существующие на планете виды в постоянно меняющихся условиях, а также определить пути рационального использования природных ресурсов и обеспечить нормальную жизнедеятельность человека. Для претворения в жизнь этих целей общей экологии следует решить следующие основные задачи:
- изучение особенностей организации жизни, преимущественно в связи с антропогенными воздействиями на природные системы и биосферу в целом;
- установление механизмов адаптации организмов к среде:
- изучение гомеостатичности организмов, видов, популяций, экосистем, их продуктивности в зависимости от условий среды;
- регулирование численности популяции;
- исследование энергетических связей в экосистемах;
- создание научной основы эксплуатации биологических ресурсов, прогнозирование изменений природной среды, ландшафтов в результате деятельности человека, управление продукционными процессами и сохранение благоприятной среды для жизни человека;
- экологическая индикация при определении свойств различных компонентов ландшафтов, в особенности индикация загрязнения окружающей среды;
- восстановление нарушенных экосистем, оздоровление ландшафтов и разработка принципов оптимального природопользования;
- сохранение эталонных участков биосферы.
Методы экологических исследований. Методологической основой экологии является системный подход в исследованиях. На основе системного подхода изучают свойства высокоорганизованных объектов, т.е. многообразие связей между элементами экосистемы, разнокачественность и соподчинение. При этом нельзя забывать о том, что экосистемы находятся в состоянии динамического равновесия и способны противостоять изменениям природной среды.
Системный подход состоит из следующих этапов: определение состава экосистемы и объектов окружающей среды, которые оказывают воздействие на нее; определение совокупности внутренних связей и связей с окружающей средой. В системном анализе используют различные методы.
Наблюдения проводят за состоянием отдельных экосистем и компонентов экосистемы в конкретных условиях (в поле), за их взаимосвязями в различных ландшафтах. Определяют видовой состав всех организмов экосистем и условия их существования. Устанавливают связи между видами, неживыми компонентами, между организмами различных видов и природно-климатическими условиями. Особое внимание уделяют количественным характеристикам – температуре, влажности, численности и плотности популяций и др. Выделяют различные зависимости, связи между элементами экосистемы и внешними условиями, а также постоянно исследуют динамику (сезонную, годовую, многолетнюю) всех организмов экосистем.
Наилучший метод наблюдений – метод мониторинга на определенных стационарах с использованием современных датчиков, дистанционного зонирования.
Когда экосистему изучают без нарушения ее функционирования, это относится к наблюдениям, даже если в исследованиях применяют какую-либо аппаратуру, например датчики Исследования, связанные с вмешательством в состав или структуру экосистемы (введение дополнительных факторов – внесение удобрения, химических средств борьбы с вредными видами, орошение, осушение и др.), относятся к экспериментам. Они могут быть однофакторными или многофакторными (изучают один или несколько изменяющихся факторов), непреднамеренными антропогенными (отстрел волков в Канаде).
Наблюдаемые факторы проверяют на математических моделях. Часто применяют и биологические модели – экосистемы из организмов, создаваемых в лабораториях. Это промежуточный этап между природными экосистемами и математическими моделями. Моделирование – основа научного анализа системной экологии. Процесс перевода физических, биохимических, биологических представлений об экосистемах в ряд зависимостей и операции над полученной математической системой называют системным анализом.
При моделировании стремятся создать упрощенную модель, сходную с оригиналом. Свойства и поведение модели можно эффективно исследовать, а данные изучения применить к оригиналу. Для моделирования используют различные методы, в том числе модели идеализированных экосистем из одной популяции при полном достатке элементов питания, отсутствии вредителей. и болезней.
Моделирование природных процессов – метод анализа результатов исследований экологических проблем путем упрощения сложных экосистем, применения математических методов, кибернетики, ЭВМ. Степень детализации моделей зависит от уровня их вхождения в общую структуру системы, конкретных пространственно-временных характеристик моделируемых на определенных уровнях природных процессов. Модели общего характера отражают информационную взаимосвязь различных уровней экосистем, включают многофункциональные проявления объектов среды различного пространственного масштаба. Моделирование важно для прогнозирования путей эволюции экологических систем, создания моделей более совершенных экосистем по сравнению с существующими.
Вэкологии широко используют колориметрические, хроматографические, спектрометрические, изотопные методы исследований.
Использование экологических исследований при землеустройстве и для земельно-кадастровой оценки земель. Информация, полученная в экологических исследованиях, должна быть использована при землеустройстве, решении важнейших вопросов кадастра и мониторинга земель, при оценке плодородия почв.
Особый интерес в этом отношении представляют:
- данные о размещении загрязнителей (промышленных объектов различных отраслей хозяйства), о загрязнении воздушного бассейна, почв, вод и земель тяжелыми металлами, радионуклидами, минеральными удобрениями и пестицидами;
- материалы по химическому составу почв, природных и сточных вод;
- материалы по использованию земель, плотности населения;
- различные тематические карты, в особенности почвенная, ландшафтная, экологическая;
- экологические паспорта предприятий, в том числе и сельскохозяйственных.
Врезультате землеустроитель получает важные для работы сведения об экологическом состоянии территории, для которой достоверно может определить микрозоны – запретные (заповедники, зеленые зоны, ландшафтно-экологические ниши, миграционные коридоры, рекреационные территории и пр.), защитные и охранные (санитарно-защитные между животноводческими фермами, различными производственными объектами и жилыми массивами, промышленными объектами и сельскохозяйственными территориями, населенными пунктами, водоохранные и прибрежные полосы и др.), агроэкологические (земли незагрязненные и недеградированные, заболоченные, потенциально эрозионно-опасные, различной степени дефлированности и смытости, а также загрязненные тяжелыми металлами, радионуклидами, пестицидами и другими вредными соединениями, сильнокислые или сильнощелочные земли и пр.).
Особенно важно использовать результаты исследований загрязненных и других деградированных земель на массивах сельскохозяйственных угодий, прежде всего на пашне, где возделывают культуры, продукция которых идет в пищу. При землеустройстве, ориентированном на экологически сбалансированное использование земель, следует учитывать также физическую деградацию почв, прежде всего переуплотнение, дегумификацию (потерю гумуса), антропогенные изменения осушаемых и орошаемых почв и их возможные негативные экологические последствия, воздействие кислых дождей на почвы, загрязнение водных источников биогенными веществами и различными химическими соединениями. На основе этих данных принимают определенные землеустроительные решения (например, уточняют внутрихозяйственную специализацию, рассчитывают урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность угодий на перспективу, устанавливают состав, соотношение и размещение угодий, определяют различные мелиоративные и природоохранные мероприятия и пр.).
В проектах землеустройства в водоохранных зонах исключаются строительство жилых массивов и других объектов, прокладка дорог, распашка земель. Прибрежные полосы рекомендуется залужать и высаживать на них деревья. В зонах загрязнения запрещено возделывать культуры, употребляемые на корм животным и в пищу людям, рекомендовано выращивать технические культуры, идущие на промышленную переработку, многолетние травы на семена. Если же загрязнение тяжелыми металлами слабое, то можно выращивать культуры на силос.
Совершенствование структуры землепользования должно базироваться на концепции эколого-хозяйственного баланса территории. При организации территории обязательно должен быть соблюден баланс между антропогенной нагрузкой на земли и способностью территории к естественному самоочищению. При организации рационального землепользования необходимо учитывать экологическое воздействие сельскохозяйственного производства на земельные ресурсы.
Данные для оценки экологического воздействия аграрного производства на землю можно получить из ландшафтно-экологических карт. Характеристику компонентов ландшафтов, подверженных экологическим нарушениям, дают по качественным и количественным показателям. Так, загрязнение воздуха, воды и почв определяют по превышению предельно допустимых концентраций тяжелых металлов, радиоактивных веществ, различных химических веществ; водную эрозию оценивают по интенсивности смыва и пр.; заболевание людей выявляют по статистическим данным.
