Экология и устойчивое развитие

Представители разных видов сильно отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной- для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Широкую экологическую  валентность вида по отношению к  абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора  приставки «эври». Эвритермные виды- выносящие значительные колебания температуры, эврибатные- широкий диапазон давления, эвригалинные- разную степень засоления среды.

Неспособность переносить значительные колебания фактора, или  узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено»- стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т.д.

Виды, для существования  которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными ( экологически непластичные, узкоспециализированные, маловыносливые), а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке,- эврибионтными ( более выносливые, широкоспециализированные).

Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации  к среде видов существуют различия в отношении к каким- либо отдельным  факторам- правило экологической индивидуальности видов Л. Г. Раменский (1924, русский ботаник).

Оптимальная зона и  пределы выносливости организмов по отношению к какому- либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействия факторов. Сущность ее заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере смягчаться пониженной влажностью воздуха, недостаток света для фотосинтеза растений- компенсироваться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе и т.п. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов. Вместе с тем взаимная компенсация действия факторов среды имеет определенные пределы, и полностью заменить один из них другим нельзя. Полное отсутствие хотя бы одного их основных элементов делает жизнь невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий.

«Рост и развитие организмов зависят в первую очередь  от тех факторов среды, значение которых  приближается к экологическому минимуму»- закон минимума Ю. Либиха (1873). Из закона вытекает:

а) выносливость организма  определяется слабым звеном в цепи его экологических потребностей;

б) все условия среды, необходимые для  поддержания жизни, имеют равную роль (закон равнозначности всех условий жизни), любой фактор может ограничивать возможности существования организма.

С законом минимума тесно связан закон ограничивающих факторов, или закон Ф. Блехмана (1909): факторы среды, имеющие в конкретных условиях максимальное значение, особенно затрудняют (ограничивают) возможности существования вида в данных условиях. Иными словами, фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на организмы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме.

Эти законы дополняет  закон толерантности В. Шелфорда (1913): ограничивающим фактором жизни организма могут быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости организма к этому фактору.

Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организм. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается  на жизнедеятельности особей.

Любая природная  система может развиваться только за счет использования материально- энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное  развитие невозможно. Развитие природы  подчиняется определенным законам.  

Закон максимизации энергии, или закон Г. И  Э. Одумов: выживание одной системы в соперничестве с другими определяется наилучшей организацией поступления в нее энергии и использования ее максимального количества наиболее эффективным способом. Этот закон справедлив и в отношении информации. Таким образом, наилучшими шансами на самосохранение обладает система, которая в наибольшей степени способствует поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации. Этот закон имеет важное практическое значение из-за основных следствий:

а) абсолютно безотходное  производство невозможно, поэтому важно создавать малоотходные производства с малой ресурсоемкостью, как на входе, так и на выходе (экономность и незначительные выбросы). Идеальным на сегодняшний день являются создание циклического производства (отходы одного производства служат сырьем для другого и т.д.) и организация разумного захоронения неизбежных остатков, нейтрализация неустраняемых энергетических отходов;

б) любая развитая биотическая система, используя и видоизменяя среду жизни, представляет потенциальную угрозу менее организованным (более примитивным) системам. Поэтому в биосфере невозможно повторное зарождение жизни- она будет уничтожена существующими организмами. Следовательно, воздействуя на среду обитания, человек должен нейтрализовать эти воздействии, поскольку они могут оказаться разрушительными для природы и самого человека.

Закон ограниченности природных  ресурсов. Правило  одного процента.

Поскольку планета Земля  представляет собой  естественное ограниченное целое, то на ней не могут существовать бесконечные части, поэтому все природные  ресурсы Земли  являются конечными. К неисчерпаемым ресурсам можно отнести энергетические, полагая, что энергия Солнца дает практически вечный источник получения полезной энергии. Ошибка здесь заключается в том, что при таких рассуждениях не учитываются ограничения, накладываемые самой энергетикой биосферы. Согласно правилу одного процента изменение энергетики природной системы в пределах 1% не выводит ее из равновесного состояния. Все крупномасштабные явления на поверхности Земли (мощные циклоны, извержения вулканов, процесс глобального фотосинтеза) имеют суммарную энергию, не превышающую 1% от энергии солнечного излучения, падающего на поверхность Земли. Искусственное же привнесение энергии в биосферу в наше время достигло значений, близких к предельным (отличающихся от них не более чем на один математический порядок- в 10 раз).

Принципы  экологической классификации  организмов.

Разнообразие и  разноплановость способов и путей адаптации к среде создают необходимость множественных классификаций. Экологические классификации отражают сходство, возникшее у представителей самых разных групп, если они используют сходные пути адаптации. В основу экологических классификаций могут быть положены самые разнообразные критерии: способы питания, передвижения, отношение к температуре, влажности, солености среды, давлению и т.п. Разделение всех организмов на эврибионтных и стенобионтных по широте диапазона приспособлений к среде представляет пример простейшей экологической классификации.

1. Классификация по отношению к органическому веществу или по характеру питания:

Автотрофы- это организмы, использующие в качестве источника для построения своего тела неорганические соединения. Автотрофы делятся на1)фототрофов (для синтеза органических молекул используют энергию солнечного света) и 2) хемотрофов ( для синтеза органических молекул используют энергию химических связей).

Гетеротрофы- все живые существа, нуждающиеся в пище органического происхождения. Гетеротрофов делят на 1) сапрофитов, использующих растворы простых органических соединений; 2) голозоев, обладающих сложным комплексом пищеварительных ферментов, могут употреблять в пищу сложные органические соединения, разлагая их на более простые составные компоненты. Голозои делятся на: а) сапрофагов (питаются мертвыми растительными остатками); б) фитофагов (потребителей живых растений); в) зоофагов (нуждающихся в живой пище); г) некрофагов (трупоядных животных).

2. Классификация по функции в биогеоценозе:

а) продуценты- автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений.

б) консументы- гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его в новые формы.

в) редуценты (деструкторы)- живут за счет мертвого органического вещества переводя его вновь в неорганические соединения.

3. Классификация по  способу добывания  пищи:

а) фильтраторы (мелкие рачки, беззубка, кит и др.);

б) пасущиеся формы (копытные, жуки- листоеды);

в) собиратели (дятлы, кроты, землеройки, куриные);

г) охотники на движущуюся добычу (волки, львы, мухи- ктрыри и др.).

4. Классификация по  местам обитания:

а) водные организмы  подразделяются на: 1) бентосные ( обитают  на дне); 2) планктонные (взвешанные, парящие в воде); 3) нектонные (быстро плавающие)ю

б) наземные организмы- огромное разнообразие форм, что связано с особенностями мест обитания.

в) почвенные организмы  обычно классифицируют по размерам: микро-, мезо- и макробиоты.

5. Классификация организмов  по жизненным формам, т.е. по типу внешней морфологии, отражающей важнейшие моменты образа жизни, отношение вида к среде. За основу классификации в одних случаях берутся особенности размножения, в других- способы передвижения или добывания пищи, приуроченность организмов к определенным экологическим нишам, ландшафту, ярусу.

Д. Н. Кашкаров классифицирует жизненные формы животных следующим образом. В основу положены приспособления для передвижения.

I. Плавающие формы:

1. Чисто водные:

а) нектон, б) планктон, в) бентос.

2. Полуводные:

а) ныряющие, б) неныряющие, в) лишь добывающие из воды пищу.

II. Роющие формы:

1. Абсолютные землерои ( всю жизнь проводят под землей).
2. Относительные землерои ( выходят на поверхность земли).

III. Наземные формы:

1. Не делающие нор:

а) бегающие, б) прыгающие, в) ползающие.

2. делающие норы:

а) бегающие, б) прыгающие, в) ползающие.

3. Животные скал.

IV. Древесные, лазающие формы:

а) не сходящие с деревьев, б) лишь лазающие по деревьям.

V. Воздушные формы:

а) добывающие пищу в воздухе, б) высматривающие ее с воздуха.

По отношению  к влажности воздуха Д. Н. Кашкаров выделяет:

а) Влаголюбивые (гигрофильные), б) сухолюбивые 

( ксерофильные) формы.

По питанию:

а) растительноядных, б) всеядных, в) хищных, г) могильщиков (трупоедов).

По месту размножения:

а) размножающихся под землей, б) на поверхности земли, в) в ярусе трав, г) в кустарниках, д) на деревьях.

Растения классифицируют на основании адаптации к окружающим условиям. Самое широкое распространение  получила классификация жизненных  форм растений, разработанная С. Раункиером. Она положена в основу современной классификации, в которой различают 6 жизненных форм растений:

1. Эпифиты- воздушные растения, не имеющие корней в почве. Поселяются они на стволах других более крупных растений. В лесах это наствольные лишайники, реже мхи. Из высших растений эпифиты многочисленны во влажных тропических лесах.
2. Фанерофиты- надземные растения (деревья, кустарники, лианы, стеблевые суккуленты, травянисто- стеблевые растения). Почки возобновления находятся у них на вертикально расположенных побегах высоко под землей.
3. Хамефиты- травянистые растения с почками возобновления, расположенными у земли. В умеренных широтах побеги этих растений на зиму уходят под снег и не отмирают.