Экология как наука, ее задачи и структура. Экологические факторы среды-4.04.14

Этот второй период становления экологии можно назвать интеграционным периодом, в течение которого сформировались новые направления экологических научных дисциплин, в том числе прикладная экология, экология человека и социальная экология. Прикладная экология - это комплексная междисциплинарная наука, включающая промышленную (инженерную), сельскохозяйственную, медицинскую, социальную и другие экологические дисциплины, взаимосвязанное использование которых направлено на обеспечение экологической безопасности человека и сохранение окружающей его природной среды. В рамках прикладной экологии изучаются междисциплинарные проблемы взаимодействия общества и природы, интенсивно развиваются экологические исследования, связанные с анализом факторов антропогенных воздействий на природную среду и изучением влияния загрязнения окружающей среды, а также комплексные исследования, направленные на выход человечества из сложившегося экологического кризиса.

Общие законы биоэкологии в полной мере справедливы и для человека как биологического вида. Поэтому в рамках экологии живот­ных возник раздел экологии человека, который впоследствии превратился в важный раздел современной экологии. Термин «экология че­ловека» был введен в 1921 г. американскими учеными Р. Парком и Э.Бюргессом. В настоящее время экология человека - это комплексная научная дисциплина, связанная с изучением природных, экономи­ческих, социальных, личностных закономерностей взаимоотношений человека и окружающей его среды и направленная на разработку стратегии и комплекса мер по обеспечению экологической безопасности человека и его разнообразных потребностей, (культурные, личностные, духовно-нравственные и др.). В связи с этим в экологии человека выделяются экология человеческой личности и экология человеческих популяций, в том числе и экология этносов. Этнос (по Н.Ф. Реймерсу) - это исторически сложившаяся, целостная и устойчивая общность людей, характеризующаяся определенными особенностями физического и психического склада, культурно-исторического развития и отношений природной средой.

Окружающая среда - совокупность объектов окружающего человека мира, оказывающих существенное влияние на обеспечение жизнедеятельности и удовлетворение его разнообразных (биологических, культурных, экономических, личностных, социальных, коммуника­ционных и др.) потребностей.

Окружающая среда как сложная система состоит (по Н.Ф. Реймерсу) из четырех неразрывно взаимосвязанных компонентов-подсистем: а) собственно природной среды, б) порожденной агротехникой среды, в) искусственной среды и г) социальной среды. Каждая подсистема ок­ружающей среды отвечает за обеспечение определенных потребностей человека и обусловливает качество жизни и безопасность его жизнедеятельности. Собственно природная среда, или окружающая при­родная среда, - составная часть окружающей человека среды, вклю­чающая объекты живой и неживой природы, которые оказывают суще­ственное влияние на жизнедеятельность и удовлетворение ряда важных потребностей человека (биологических, культурных и др.).

В экологической литературе встречается термин среда обитания под которой обычно понимают ту часть природы, которая окружает живой организм и с которой он непосредственно взаимодействует.

На нашей планете организмы освоили четыре основные среды обитания, кардинально отличающиеся по специфике условий. Водная среда была первой, в которой возникла жизнь. Затем живые организмы овладели наземно-воздушной средой, создали и заселили почву. Четвертой специфической средой стали сами живые организмы, каждый из которых представляет собой целый мир для населяющих его паразитов. Поэтому используемое в биологическом смысле понятие среды обитания следует рассматривать как синоним окружающей природной среды, однако в общем смысле это понятие должно включать и объекты других составных частей окружающей среды, в частности, социальной среды.

Социальная экология рассматривает взаимоотношения общества и природы и разрабатывает социальные аспекты рационального приро­допользования. В связи с этим важное значение приобретает упомянутая выше компонент-подсистема окружающей среды - социальная среда.

Связь экологии с другими дисциплинами. Будучи по происхождению биологической наукой, экология в настоящее время превратилась в комплексную междисциплинарную науку, включающую наряду с биологическими также и социально-экономические, географические, духовно-нравственные, культурно-эстетические знания и призванную сыграть важную роль в формировании нового, экологически ориенти­рованного мировоззрения современного человека. В связи с этим со­временные экологические знания неразрывно связаны с другими областями научного знания.

Ранее неоднократно подчеркивалось, что экология возникла как раздел биологии. Действительно, в основе экологии лежит фактический материал из различных отраслей биологии, так как воздействие окружающей среды на организмы может оцениваться с помощью био­логических показателей их состояния. При этом используются, в частности, знания из морфологии (учение о строении организмов), включаю­щей анатомию, эмбриологию, гистологию, цитологию. Взаимодействия организмов с химическими компонентами окружающей среды изучаются в физиологии и биохимии, а внешние реакции являются предметом этологии - науки о поведении. Так как перечисленные здесь знания относятся ко всем крупным группам организмов - животным, (включая человека), растениям и микроорганизмам, то они входят в качестве составных частей в антропологию, зоологию, ботанику, микробиологию и др.

Существенные отличия условий существования организмов в раз­личных географических зонах на земной поверхности или в глубинах планеты вызвали необходимость дифференциации экологических зна­ний в зависимости от географического размещения организмов на Земле. Это проявилось, в частности, в формировании различных раз­делов общей экологии - экологии тропиков, экологии умеренной и поляр­ной зон и др. При организации природопользования необходимо учиты­вать географические особенности и различия реакций разных природ­ных систем (водных и наземных) на антропогенные воздействия. По­этому экология тесно связана с географией, в рамках которой возник­ли и самостоятельно развиваются такие области, как ботаническая, зоо­логическая, медицинская и другие географии.

На стыке экологии и географии сформировался и быстро разви­вается важный раздел экологии - географическая экология, называемый также геоэкологией или ландшафтной экологией. Здесь будет уместно напомнить, что ландшафтом называют природный географический ком­плекс, в котором все основные компоненты (воды, почвы, рельеф, климат, растительный и животный мир), взаимодействуя друг с другом, об­разуют однородную по свойствам целостную систему. Задачи природопользования вызвали в последнее время необходимость самостоятельного развития геоэкологии, которая в современном виде включает и себя и конкретные знания геологии, геохимии, гидрологии и др.

В основе жизни лежит обмен веществ между организмами и средой, происходящий как в виде химических процессов в отдельных орга­низмах, так и в виде более сложных процессов, протекающих на уров­не экологических систем и биосферы в целом, рассматриваемых обыч­но как процессы круговоротов вещества и именуемых биогеохимическими циклами. Фундаментальные законы физики - законы термодина­мики, законы сохранения вещества и энергии и др. - используются при формулировании основных закономерностей биологических и физи­ческих процессов переноса и преобразования органического вещества в пищевых цепях, процессов взаимодействия организмов с косными (неживыми) компонентами окружающей среды.

Как результат активного использования человеком природных ре­сурсов возник специфический вид круговоротов вещества - антропо­генный круговорот, называемый ресурсным циклом, который является составной частью естественных биогеохимических циклов. Поэтому в химической науке к настоящему времени сформировалось новое эко­логическое научное направление - химия окружающей среды (химия воды, химия атмосферы, химия почв), основанная на законах общей химии, органической и неорганической, физической и коллоидной хи­мии и других разделов химической науки.

Общеизвестно, что в результате интенсивной деятельности чело­века на Земле значительно ухудшилось качество окружающей среды, что означает несоответствие условий среды обитания физиологичес­ким требованиям организма. Организм реагирует на это различными заболеваниями, выявление и лечение которых - уже задача медицины. Медицинская наука и ее отрасли - санитария и гигиена - исследу­ют последствия химического, биологического и физического (в особен­ности, радиационного) загрязнения окружающей среды в результате производственной деятельности людей. Одна из основных задач этих исследований - определение норм радиационной безопасности лю­дей в условиях радиационных излучений, что является предметом радиологии. Важная группа задач связана с определением величин пре­дельно допустимых концентраций различных веществ, при которых при­сутствие этих веществ в воде, почве, воздухе или в продуктах питания может рассматриваться как относительно безвредное для человека и других организмов. Этим занимается токсикология и ее раздел - экотоксикология, ориентированная на разработку нормативов экологической безопасности природной среды в условиях химического загрязнения. Разработка мер борьбы с распространением инфекционных заболева­ний составляет предмет эпидемиологии.

Изучение любых взаимодействий между организмами и средой может быть основано только на анализе количественных показателей состояния организмов и среды. Поэтому такие исследования возмож­ны лишь с применением математических методов, в частности, корреля­ционного, факторного, кластерного и других видов анализа. Получение количественных оценок имеет конечной целью выявление тенденций в изменениях изучаемых процессов (биологических, биохимических и др.), которые в дальнейшем могут быть основой для прогнозирования состояний, изменений различных процессов и их возможных послед­ствий. Результаты таких исследований с помощью математических ме­тодов могут быть представлены в формализованном виде (например, аппроксимации эмпирических графических зависимостей, уравнения регрессии и др.), что может составить основу для прогнозирования изу­чаемых процессов.

В настоящее время широкое распространение в экологических исследованиях получили методы математического моделирования - аналитические, имитационные, эмпирико-статистические и др. Эти ме­тоды, и особенно имитационное моделирование, находят широкое при­менение в экологическом прогнозировании с использованием компьютер­ной техники и информационных технологий.

Как показывает международный опыт, качество окружающей сре­ды в любом государстве соответствует его экономическому состоянию. В последнее время стало очевидно, что качество окружающей среды невозможно поддерживать на приемлемом для безопасности жизнеде­ятельности человека уровне, если кардинально не будет изменена стра­тегия природопользования. Сделать использование природных ресур­сов экономным и не загрязняющим среду призвана новая отрасль эко­номической науки - экономика природопользования.

Основные разделы экологии. В соответствии с изучаемым в экологии уровнем организации живого выделяются такие разделы, как аутэкология, синэкология, экология популяций.

Аут(о)экология - раздел экологии, изучающий взаимоотношения отдельного организма со средой обитания.

Экология популяций (демэкология) - раздел экологии, который изучает естественные группировки особей одного вида, т.е. популяций (условия, при которых форми­руются популяции, внутрипопуляционные группировки и их взаимоотношения, организацию (структуру), динамику численности популяции).

Синэкология - раздел экологии, изучающий сообщества растений, животных, микроорганизмов и их отношения со средой обитания.

Основные законы экологии. Как любая наука экология выявляет закономерности протекания изучаемых процессов и формулирует их в виде кратких логических и проверенных практикой положений - законов.

Рассмотрим ряд основных законов экологии, всего их установлено около 250 (Реймерс, 1994) законов, закономерностей, правил, принципов.

Закон незаменимости биосферы: биосфера - это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

Закон биогенной миграции атомов (В.И.Вернадского): миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осущест­вляется при непосредственном участии живого вещества - биогенная миграция.

Закон физико-химического единства живого вещества: общебиосферный закон - живое вещество физико-химически едино; при всей разнокачественности живых организмов они настолько физико-химически сходны, что вредное для одних не безразлично для других (например, загрязнители).

Принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие.

Закон единства "организм-среда": жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов.

Закон однонаправленности потока энергии: энергия, получаемая сообществом и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой передается консументам, а затем редуцентам с падением потока на каждом трофическом уровне; поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (максимум 0,35%) говорить о "круговороте энергии" нельзя; существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потоком энергии.

Закон необратимости эволюции Л.Долло: организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков, даже вернувшись в среду их обитания.

Принцип Линдемана (или закон 10%): при переходе с трофического уровня экологической пирамиды на каждый последующий уровень в трофической цепи передается в среднем около 10% энергии без каких-либо неблагоприятных последствий для экосистемы (здесь имеется в виду часть энергии, поступающей с пищей, которая используется организмом для построения органического вещества своего собственного тела).

Закон толерантности (В.Шелфорда): лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Закон оптимума: любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.

Закон ограничивающего фактора (закон минимума Ю.Либиха): наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений; от него зависит в данный момент выживание особей; веществом, присутствующим в минимуме управляется рост.

Закон (принцип) исключения Гаузе: два вида не могут существовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны, т.е. если они занимают одну и ту же экологическую нишу.

"Законы" экологии Б.Коммонера: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться(ничто не исчезает бесследно); 3) природа "знает" лучше; 4) ничто не дается даром.