Слайд 2
Литература
Назаренко О.Б. Экология: учебное пособие. – Томск: Изд-во
ТПУ, 2007. – 100 с.
Панин В.Ф., Сечин А.И.,
Федосова В.Д. Экология для инженера. Учебное пособие. – М.: Изд. Дом «Ноосфера», 2000. – 284 с.
Слайд 4
Тема 1. Проблемы взаимодействия общества и природы
Слайд 5
Понятие и предмет экологии
οικος (ойкос) – дом,
жилище, родина и λόγος (логос) – наука, и в
переводе означает «наука о доме».
Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов и сообществ между собой и с окружающей средой обитания.
Слайд 6
Основные понятия и определения
Биоценоз («биос» – жизнь, «ценоз»
– сообщество)
Биотоп («топос» – место)
Экологическая система, биогеоценоз
Биосфера
Слайд 7
История развития экологии
Зарождение и становление экологии как науки
(…– до 60-х г.г. XIX века)
Оформление экологии в самостоятельную
отрасль знаний (60-е г.г. XIX в. – 50-е г.г. XX в.)
Современный этап (50-е г.г. XX в. – до настоящего времени) – превращение экологии в комплексную науку
Слайд 8
Зарождение и становление экологии как науки
(… –
до 60-х г.г. XIX века)
Слайд 9
2. Оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (60-е
г.г. XIX в. – 50-е г.г. XX в.)
Слайд 10
3. Современный этап – превращение экологии в комплексную
науку
(50-е г.г. XX в. – до н. в.)
Слайд 11
Предмет экологии
- Это изучение законов существования развития природы,
совокупности или структуры связей между организмами и средой, закономерностей
реакции природы на воздействие человека, а также предельно-допустимых нагрузок на природные системы, которые может себе позволить общество
Главный объект изучения в экологии – экосистемы (структурные единицы биосферы).
Слайд 12
Теоретические задачи экологии
Разработка общей теории устойчивости экологических систем
Изучение
экологических механизмов адаптации к среде
Исследование регуляции численности популяций
Исследование процессов,
протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости
Моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов
Слайд 13
Прикладные задачи экологии
Сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных
ресурсов
Оптимизация инженерных экономических организационно-правовых, социальных решений для экологически безопасного
устойчивого развития
Прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий деятельности человека для окружающей среды
Слайд 14
Структура экологии
Экология
Общая экология
Экология
человека
Прикладная
экология
Социальная экология
Экология
народо-населения
Экосферология
Биоэкология
Геоэкология
Инженерная
Биоресурсная
Коммунальная
Сельско-хозяйственная
Промысловая
Медицинская
Слайд 15
Структура экологии
Биоэкология
Аутэкология - изучает взаимодействие организмов отдельного вида
со средой обитания
Популяционная экология (демэкология) – изучает структуру и
динамику популяций
Биогеоценология – изучает строение и функционирование биогеоценозов
Синэкология - изучает сообщества организмов (биоценозы)
Слайд 16
Этапы взаимодействия человеческого общества и природы
1 этап
– этап охотничества-собирательства
2 этап – этап аграрной цивилизации ~
10 тыс. лет назад
3 этап – этап индустриальной цивилизации
Современное состояние биосферы
Слайд 17
1. Этап охотничества-собирательства
Влияние человека на среду незначительное
Использование огня
для загона и ловли дичи
Пожары, разрушение растительных сообществ,
Обеднение
видового состава крупных позвоночных
Слайд 18
2. Этап аграрной цивилизации
(Скотоводство и земледелие, ~ 10
тыс. лет назад)
Положительный результат:
Увеличение численности населения
Возникновение ремесел
Совершенствование орудий труда
Зарождение
процесса урбанизации
Негативные последствия:
Уничтожение лесов,
Засоление почв
Опустынивание,
-Вымирание крупных
представителей фауны
Слайд 19
3. Этап индустриальной цивилизации
(Зарождение и развитие промышленности, ХIХ
в.)
Положительный результат:
Строятся города
Улучшается медицинское обслуживание
Улучшается качество питания
Люди получают образование
Негативные
последствия:
Демографический взрыв
Уменьшение разнообразия естественной среды
Нарушение круговорота веществ
Резкий рост потребления энергии – нехватка энергоресурсов
Слайд 20
Современное состояние биосферы
Преобразование планеты: уничтожение лесов, истощение полезных
ископаемых, создание новых водохранилищ и т.п.
Изменяется химический состав воздуха,
воды, почвы.
Снижаются темпы процесса самоочищения
Слайд 21
Экологический кризис
Это стадия взаимодействия между обществом и природой,
на которой до предела обостряются противоречия между экономикой и
экологией, а способности саморегулирования экосистем в условиях антропогенного воздействия существенно подорваны.
Экологическая катастрофа характеризуется невозможностью восстановления нарушенных характеристик системы
Слайд 22
Современные проблемы экологии
демографическая проблема
истощение природных ресурсов
проблемы энергетики
загрязнение биосферы:
кислотные
дожди
разрушение озонового слоя
парниковый эффект и др.
проблемы здоровья человека
Слайд 23
Пути выхода из экологического кризиса
экологизация технологий;
экономизация производств;
административно-правовое
воздействие;
экологическое просвещение;
международно-правовая защита.
Слайд 24
Концепция устойчивого развития Рио-де-Жанейро, 1992 г.
Устойчивое развитие –
самоподдерживающее развитие, сбалансированное развитие
Устойчивое развитие – развитие, позволяющее на
долговременный основе обеспечить стабильный экономический рост, не приводящий к деградационным изменениям окружающей среды
Слайд 25
Системные законы экологии
Основные законы
Закон больших чисел
Принцип Ле Шателье
– Брауна
Закон всеобщей связи
Следствия
Закон цепных реакций
Закон оптимальности
Законы экологии Б.
Коммонера
Слайд 26
Закон больших чисел
Совокупное действие большого числа случайных факторов
приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не
зависящему от случая, т.е. имеющему системный характер.
Слайд 27
Принцип Ле Шателье – Брауна
При внешнем воздействии, выводящем
систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в
направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается.
Слайд 28
Закон всеобщей связи
Любая система может развиваться
только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей
ее среды; изолированное саморазвитие невозможно.
Слайд 29
Закон цепных реакций
Любое частное изменение в
системе неизбежно приводит к развитию цепных реакций, идущих в
сторону нейтрализации произведенного изменения или формирования новых взаимосвязей и новой системной иерархии.
Слайд 30
Закон оптимальности
Любая система функционирует с наибольшей
эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.
Слайд 31
Законы экологии
Б. Коммонера
«Все связано со всем»
«Все должно
куда-то деваться»
«Природа знает лучше»
«Ничто не дается даром»
Слайд 32
Тема 2. Закономерности развития биосферы
Слайд 33
Учение о биосфере
Биосфера – это своеобразная оболочка Земли,
содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества
планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами
Биосфера - живые организмы и продукты их жизнедеятельности
Ж. Б. Ламарк (нач. XIX в.) Э. Зюсс (1875 г.) В. И. Вернадский
Слайд 34
Планета Земля
m = 6 000 000 000 000
000 000 000 тонн
V = 1 083 000 000
000 куб. км.
S = 5 102 000 000 кв. км.
Слайд 36
Структура биосферы
Аэробиосфера
Тропобиосфера
Альтобиосфера
Парабиосфера
Гидробиосфера
Аквабиосфера
Маринобиосфера
Литобиосфера
Террабиосфера
Узлитосфера
Слайд 37
Категории вещества в биосфере
Живое вещество (2.4×1012 т, 97%
растения, 3% животные)
Косное вещество
Биокосное вещество
Биогенное вещество
Радиоактивное
вещество
Вещество космического происхождения
Рассеянные атомы
Слайд 38
Сущность учения
Вернадского В. И.
Роль живого вещества
Функции
биосферы
Слайд 39
Функции биосферы
организованность;
2) устойчивость;
3) эмерджентность;
4) разнообразие видов.
Слайд 40
Свойства живого вещества
Высокая химическая активность благодаря биологическим катализаторам
(ферментам)
Высокая скорость протекания реакций
Высокая скорость обновления живого вещества
Способность быстро
занимать все свободное пространство (правило «максимального давления жизни»)
Возможность произвольного перемещения в пространстве
Наличие специфических химических соединений
Высокая приспособительная способность (адаптация)
Слайд 41
Функции живого вещества в биосфере
Энергетическая
Газовая функция
Концентрационная
Окислительно-восстановительная
Деструктивная
Средообразующая
Информационная
Слайд 42
Категории живого вещества в биосфере
Продуценты (автотрофы) – самопитающиеся
Консументы
(гетеротрофы) - питающиеся другими
Редуценты (миксотрофы)- разлагающие живые вещества
Слайд 43
Потоки вещества и энергии в биосфере
Слайд 45
Ноосфера
Будущая стадия развития биосферы
Сфера разума
Качественно новая, высшая стадия
развития биосферы под контролем разумной деятельности человека
Слайд 47
Экологические факторы
Среда, среда обитания, окружающая среда
Экологические факторы –
это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое
воздействие на живой организм.
Слайд 48
Классификация экологических факторов
1. Абиотические факторы
- Физические факторы
- Химические
факторы
- Эдафические факторы
2. Биотические факторы
- Внутривидовые взаимодействия
- Межвидовые
взаимодействия
- Воздействие на неживую природу (микроклимат)
3. Антропогенные факторы
Слайд 49
Абиотические факторы
Физические факторы
Температура
Влажность воздушной среды
Давление
Движение воздушных масс
Химические факторы
Соленость
воды
Содержание кислорода в воздухе
Эдафические факторы
Влажность почвы
Структура почвы
Содержание биогенных элементов
Слайд 50
Классификация экологических факторов
1. Абиотические факторы
2. Биотические факторы
-
Внутривидовые взаимодействия
- Межвидовые взаимодействия
- Воздействие на неживую природу (микроклимат)
3.
Антропогенные факторы
Слайд 51
Межвидовые взаимодействия
благоприятные (+), неблагоприятные(-), нейтральные (0)
00 нейтрализм белка
и лось
+0 комменсализм собака и репейник
–0 аменсализм травы под
елью
++ симбиоз: мутуализм, протокооперация
– – конкуренция растения
+ – хищничество лиса и заяц
+ – паразитизм корова и блоха
Слайд 52
Антропогенные факторы
Изменение структуры земной поверхности;
Изменение состава биосферы, круговорота
и баланса входящего в нее вещества;
Изменение энергетического и теплового
баланса отдельных участков и регионов;
Изменения, вносимые в биоту.
Слайд 53
Закономерности действия экологических факторов
Закон минимума Ю. Либиха (1840
г.): величина урожая определяется количеством в почве того из
элементов питания, потребность растения в котором удовлетворена меньше всего.
Слайд 54
Закономерности действия экологических факторов
Уточнения закона Ю. Либиха:
Неоднозначное
действие фактора на различные функции организма
Эффект компенсации (взаимозаменяемости) факторов
Закон
незаменимости фундаментальных факторов
Правило фазовых реакций «польза – вред»
Слайд 55
Закономерности действия экологических факторов
Закон толерантности В. Шелфорда (1913
г.):
жизнеспособность организма определяет как недостаток, так и избыток экологического
фактора
Лимитирующие факторы
Слайд 56
Схема действия экологического фактора на живые организмы
1 –
оптимум, зона нормальной жизнедеятельности
2 – зона пониженной жизнедеятельности
(угнетение)
3 – зона гибели
Слайд 57
Адаптация живых организмов
Поведенческая
Физиологическая
Морфологическая
Адаптация – процесс приспособления организма к
определенным условиям окружающей среды.
Слайд 58
Экологическая ниша
Ареал, местообитание
Экологическая ниша – это совокупность всех
факторов и условий среды (физической пространство, способ питания, образ
жизни, взаимоотношения с другими видами), в пределах которых может существовать вид в природе.
Слайд 59
Экологическая ниша
Каждый организм имеет специфическую экологическую нишу
Два вида
не занимают одну и туже нишу
Пустующая экологическая ниша всегда
будет заполнена
Слайд 60
Абиотические факторы наземной среды (климатические)
Температура
Свет, энергия солнца
Количество осадков
Влажность
воздушной среды
Давление
Движение воздушных масс
Высота над уровнем моря
Рельеф местности
t >
80°C насекомые, моллюски
t до -70°C водоросли, лишайники, пингвины
λ < 380 нм ультрафиолетовая часть спектра
λ = 380-760 нм видимая часть спектра
λ > 760 нм инфракрасная часть спектра
< 250 мм/год пустыни
250-750 мм/год степи (злаковые)
> 750 мм/год леса
Слайд 61
Абиотические факторы почвенного покрова
Физические характеристики:
Структура
Пористость
Температура
Теплоемкость
Влажность
Химические характеристики:
Реакция среды
Степень засоления
Химический
состав
Биологические характеристики:
Живые организмы
Черви, населяющие почву
< 0,002 мм в диаметре
глина
0,002-0,02 мм ил
0,02-2,0 мм песок
> 2,0 мм гравий
рН < 7 кислая среда
рН = 7 нейтральная среда
рН > 7 щелочная
Слайд 62
Абиотические факторы водной среды
Плотность
Теплоемкость
Подвижность
Температура
Прозрачность
Соленость
Мертвое море 240 г/л солей
Мировой
океан 35 г/л
Черное море 19 г/л
Каспийское море
14 г/л
Слайд 64
Схема биогеоценоза (экосистемы) по В.Н.Сукачеву
Экосистема А. Тенсли (1935
г.)
Биогеоноз В.Н. Сукачев (1940 г.)
Экосистема = биоценоз + биотоп
Слайд 65
Классификация экосистем
Экосистема
Биомы
(наземные экосистемы)
Водные экосистемы
Пресноводные
Морские
Тундра
Хвойные леса
Степи
Саванны
Пустыня
Тропический лес
Озера, пруды,
водохранилища
Реки, ручьи
Болото
Мелководные
перекаты
Глубоководные плесы
Открытый океан
Эстуарии
Глубоководные зоны
Слайд 66
Трофическая структура экосиcтемы
Пищевые (трофические) цепи - это последовательность
организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает
другой. По пищевым цепям происходит передача веществ и энергии в экосистеме от звена к звену.
Слайд 67
Трофическая структура экосистемы
Продуценты (зеленые растения) - 1-й трофический
уровень
Растительноядные консументы – 2-й уровень
Плотоядные консументы (хищники) – 3-й
уровень.
Слайд 68
Трофическая структура экосистемы
В природе пищевые цепи переплетаются, образуют
пищевые трофические сети.
Слайд 69
Экологические пирамиды
2000
4
1
703
132
11
14098
1603
88
Пирамида численности
Пирамида биомассы
Пирамида энергии
число особей, шт.
биомасса
сухого вещества в г на м2.
количество энергии Дж/(м2×г).
Сверху вниз
1, 2, 3 трофические уровни
Слайд 70
Правило десяти процентов
С одного трофического уровня экологической пирамиды
на другой, более высокий ее уровень передается около
10
% энергии (1942 г. Р. Линдеман).
Правило биологического усиления
Если полезное вещество при его излишке легко выводится из организма, то вредное не только плохо выводится но и накапливается в пищевой цепи.
Экологические пирамиды
Слайд 71
Продуктивность экосистем
Продуктивность - биомасса, производимая на единице площади
в единицу времени
Первичная продукция – органическая масса, создаваемая продуцентами
в единицу времени
Вторичная продукция – прирост массы консументов за единицу времени
Слайд 72
Функционирование экосистем
Гомеостаз - способность экосистем (организмов, популяций) противостоять
изменениям и сохранять равновесие
Слайд 73
Функционирование экосистем
Сукцессия – последовательная смена биоценозов на одной
и той же территории в направлении повышения устойчивости экосистемы
Виды:
-
первичная
сукцессия
- вторичная
сукцессия
Слайд 74
Функционирование экосистем
Круговорот биогенных элементов (биогеохимический круговорот). Наиболее важные:
вода, кислород, углерод, азот и фосфор.
Основной принцип функционирования экосиcтем:
Получение ресурсов и переработка отходов происходит в процессе круговорота всех элементов.
Слайд 79
Популяции
Популяция – это совокупность особей одного вида, способная
к самовоспроизведению, более или менее изолированная в пространстве и
во времени от других аналогичных совокупностей одного и того же вида.
Количественные характеристики популяций:
Статические
Динамические
Слайд 80
Статические показатели
Численность популяции – это общее количество особей
на данной территории или в данном объеме.
Плотность популяции –
число особей, приходящихся на единицу занимаемого пространства (кол-во чел/км2)
Показатели структуры – возрастная, половая, размерная структуры
Слайд 81
Статические показатели
Возрастная структура:
1. Предрепродуктивная (молодые особи)
2. Репродуктивная (взрослые
особи)
3. Пострепродуктивная (старые особи)
Слайд 82
Динамические показатели
1. Рождаемость – это число особей ΔNn,
родившихся в популяции за некоторый промежуток времени (Δt):
Р =
ΔNn/Δt
Удельная рождаемость – отношение рождаемости к исходной численности N
b = Р/ N = ΔNn/NΔt
Слайд 83
Динамические показатели
2. Смертность – это число особей ΔNm,
погибших в популяции за некоторый промежуток времени Δt:
С =
ΔNm/Δt
Удельная смертность – отношение смертности к исходной численности:
d = С/ N = ΔNm/NΔt
Слайд 84
Динамические показатели
3. Скорость изменения численности популяции:
ΔN/Δt
Удельная скорость изменения
численности:
r = b – d
b = d, то r
= 0 стационарное состояние
b > d, то r > 0 рост популяции
b < d, то r < 0 снижение численности
Слайд 85
Динамика популяций: кривые выживания
Дроздофила
Человек
Рыбы
Устрица
Птицы
Слайд 86
Динамика популяции: кривые роста
J-образная кривая роста численности
Nt =
N0e*rt
S-образная кривая роста численности
dN/dt = rmax N (K-N)/K
Экспоненциальный рост
численности
Логистическая кривая роста
Слайд 87
Популяции
Биологическая емкость среды - степень способности природного окружения
обеспечивать нормальную жизнедеятельность (дыхание, питание, размножение, отдых и т.п.)
определенному числу организмов и их сообществ без заметного нарушения самого окружения.