Предмет и задачи экологии

Экология человека

Это взаимодействие между людьми и окружающей их средой. Здесь окружающая среда воспринимается как экосистема — воздух, почва, вода, живые организмы и физические структуры, включая все, что создано людьми. Живые элементы — микроорганизмы, растения и животные (включая человека) — являются ее биологическим населением.Экосистемы могут быть любого размера. Небольшой пруд в лесу и весь лес, ферма и сельская местность, деревни, поселки и крупные города, область в тысячи квадратных километров и планета Земля — это все экосистемы.
Рис. 2. Эрнст Геккель, автор термина «экология»Хотя люди являются частью экосистемы, их взаимодействие с окружающей средой стоит рассматривать  как связь между социальной системой человека и остальной частью экосистемы. Социальная система является центральной концепцией в экологии человека, потому что его деятельность находится под сильным влиянием общества, в котором живут люди. Ценности и знания, которые вместе формируют наше мировоззрение как личности и общества, представляют то, как мы обрабатываем и интерпретируем информацию и воплощаем ее в действия. Социальная организация и социальные институты, определяющие социально приемлемое поведение, формируют возможности того, что мы на самом деле делаем. Как и экосистемы, социальные системы могут иметь любой масштаб — от семьи до всего населения планеты.

Виды экологии

Термин “экология” происходит от греческого “изучение дома”, или изучение места, в котором мы живем.Ученые изучают экологию в различных масштабах — от микроскопического молекулярного уровня вплоть до целой планеты, как единого объекта

На каждом уровне основное внимание уделяется факторам, которые вызывают эволюционные изменения. Это давление возникает из разных источников, и для наблюдения и количественной оценки этих данных существует множество методов.
Рис

1. Определение термина «экология»Основные направления изучения позволяют классифицировать такие виды экологии:

• Экосистем
• Человека и его взаимодействие с природой
• Молекулярная
• Популяции организмов
• Функциональная
• Народонаселения
• Биосферная

Рассмотрим наиболее популярные из них более подробно.

Интересные факты

Когда ученые изучают экологию определенных районов, они называют эти районы экосистемами. Вместе живые (биотические) и неживые (абиотические) организмы в определенной области называются экосистемой:

• Биотические или живые существа включают растения, животных (сюда относятся и люди), бактерии, грибы и все другие живые организмы;
• Абиотические, или неживые, составляющие окружающей среды включают солнечный свет, почву, атмосферу, климат, питательные вещества и воду.

Экосистема может быть маленькой, как лужа на заднем дворе, где друг с другом взаимодействуют только несколько организмов. Или большой, как лес, с множеством взаимодействующих живых существ.
Приставка “эко” давно стала синонимом экологически чистой жизни. Все организмы, независимо от их размера, вида или места проживания, должны взаимодействовать с другими видами в их “окрестностях” и с окружающей средой, чтобы выжить. Область экологии огромна, и она охватывает все организмы, живущие на Земле, их физическое и химическое окружение. Лучше разобраться в столь широком понятии, как экология, вам поможет предложенная видео лекция.

Экология экосистем

Наибольшим масштабом организации является экосистема. Она представляет собой сеть взаимосвязанных биологических сообществ. Самая большая из них — биосфера, она охватывает все экосистемы внутри нее.Этот раздел изучает сложные модели, созданные взаимодействующими экосистемами и абиотическими факторами окружающей среды. Они могут изучать воду, питательные вещества или другие химические элементы. Это очень сложная и широкомасштабная наука, которая включает в себя множество дисциплин. Все организмы, которые существуют в экосистеме, выполняют уникальные и важные роли, которые позволяют экосистеме существовать.

Задачи экологии

Экология как наука имеет перечень специальных задач. Л.В. Передельский предлагает перечень основных задач, которые он делит на теоретические и прикладные. К теоретическим задачам он относит:

• разработка общей теории устойчивости экологических систем;
• изучение экологических механизмов адаптации к среде;
• исследование регуляция численности популяций;
• изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания;
• исследование продукционных процессов;
• исследование процессов, протекающих в биосфере с целью поддержания ее устойчивости;
• моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время следующие:

• прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;
• улучшение качества окружающей среды;
• оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных или иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее угрожаемых районах .

Литература

1. Дерябин В. А. Экология – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2016.
2. Дроздов В.В. Общая экология. Учебное пособие. – СПб.: РГГМУ, 2011
3. Криксунов Е. А. Экология / Е. А. Криксунов, В. В. Пасечник. – М.: Дрофа, 2002.
4. Передельский Л.В., Коробкин В.И., Приходченко О.Е. Экология: электронный учебник. – М.: Издательство: КноРус, 2009

Современные экологические проблемы

Разделение проблем, относящихся к экологии, происходит аналогично проводимым исследованиям: по уровням, объектам. Некоторые проблемы глобальные, другие – локальные. На глобальном уровне необходима кооперация всего мирового сообщества для решения. На локальном уровне местные власти должны взять лидерство в решении на себя.

Территория земной поверхности отличается неравномерностью климата, рельефа, а с ними – экологических проблем.

Некоторые негативные факторы, влияющие на окружающую среду, непосредственно связаны с жизнедеятельностью. Резкий рост численности населения, рост промышленности и потребления, глобализация производства, экономический разрыв между странами – эти причины влияют на экологическое состояние планеты.

В мире

В мировом масштабе выделяются глобальные проблемы, оказывающие воздействие на климат на всей Земле:

• глобальное потепление;
• смена уровня Мирового океана;
• загрязнение отходами производства и жизнедеятельности;
• разрушение озонового слоя;
• расточительная трата ресурсов;
• уничтожение флоры и фауны.

Указанные причины связаны между собой и влияют друг на друга. Например, разрушение озонового слоя увеличивает степень проникновения солнечных лучей на земную поверхность, что приводит к нагреву. При повышении температуры начинают таять вечные льды, поднимая уровень Мирового океана. На повышение температуры влияют выбросы в атмосферу в результате промышленной деятельности, при производстве электроэнергии, сельскохозяйственной деятельности, движения транспорта.

В России

Для некоторых стран характерны специфические экологические проблемы, возникающие из-за особенностей рельефа, расположения, климата, населения, экологической ситуации. В России целый ряд проблем с экологией на уровне всей страны:

• загрязнение воздуха, воды, почвы;
• лесная вырубка;
• скопление бытовых отходов;
• радиоактивные источники загрязнения;
• уничтожение защищаемых заповедников;
• проблемы Арктики и Байкала.

Например, в России до сих пор отсутствует система по раздельному сбору отходов и последующей переработке. Проблемы Арктики относятся к глобальным – таяние ледников. Кроме того, в Арктической зоне на архипелаге Новая Земля расположен источник радиоактивного загрязнения: бывший испытательный полигон для ядерного оружия, могильник.

Методы экологии

Будучи серьезной наукой, экология оперирует как системой общих, так и специальных методов. В целом существующие методы экологии принято делить на пять групп, представленных на рисунке ниже.

Группы методов исследования экологии как науки

Однако не все авторы придерживаются подобной систематизации методов исследования экологии. Ряд авторов делят методы на: основные и второстепенные. К основным относят наблюдения, эксперименты и моделирование, так как они используются в Национальной системе мониторинга окружающей среды.

В.В. Дроздов выделяет методы исследования в экологии с опорой на особенности решаемых задач, а именно решение прикладных задач и решение теоретических задач. Соответственно методы уделяться на:

• полевые методы;
• дистанционные методы;
• экспериментальные методы;
• методы теоретического обобщения;
• методы моделирования.

Полевые методы составляют основу практических изысканий в области экологии. Одним из важнейших полевых экологических методов является биоиндикация.

К специфическим экологическим методам исследования фитоценозов, представляющих соответствующие ассоциации, относятся закладка и описание пробных площадей и учетных площадок .

Дистанционные методы исследования позволяют изучать явления на расстоянии с использованием специального оборудования и привлечением сторонних ресурсов.

Экспериментальные методы экологии сложны и требуют дополнительного обоснования. Они используются в тех случаях, когда полевые методы не эффективны или неприменимы. Эксперимент как метод организуется по заранее подготовленной программе которая включает в себя наблюдения и точную регистрацию параметров жизнедеятельности особей в зависимости от количественных значений одного или нескольких факторов среды.

Методы теоретического обобщения в экологии многогранны. Они распространены на любом этапе изучения того или иного явления.

Моделирование в рамках экологии не может существовать в отрыве от математических методов. Модель представляет собой абстрактное упрощённое подобие реальности. Примером модели может служить географическая карта. Экологические модели строятся на основании теоретических обобщений совокупности сведений, полученных в результате полевых наблюдений и экспериментов .

Связь с другими науками

Первое время экология была тесно связана с биологий, считаясь одним из ее разделов. Увеличение числа научных открытий и успехи в изучении наук в XX веке произошли при тесной интеграции различных видов. Смежные дисциплины позволяли решить задачи, по которым невозможно найти ответ силами одного научного направления.

Среди направлений биологии большее число связей с экологией у эпидемиологии, физиологии, этологией, ботаникой и биохимией. Каждое направление затрагивает взаимоотношения между живыми организмами, их связь с воздействием среды, процессы окружающего мира.

• химия;
• физика;
• математика;
• география.

Каждая из указанных наук описывает экологические законы или подчиняется им. С развитием капиталистических отношений актуальна связь экологии и экономики, между которыми должен соблюдаться баланс.

Методы экологических исследований

Экологическая наука пользуется очень обширным набором научных методов исследования.

Методы экологических исследований – это методы и способы изучения биологических явлений в рамках экологической науки.

Методы экологических исследований принято разделять на полевые и лабораторные.

При полевых методах исследования предполагается изучение природных биологических и экологических явлений непосредственно в дикой среде. Эти методы призваны выяснить общий вид развития и жизнедеятельности природной системы, кроме того, помогают определить, какие связи имеют организмы между собой и с окружающей средой. Полевые методы можно разделить по следующим видам:

1. Маршрутные. Представляет собой непосредственное наблюдение за объектом исследования, оценка состояния, устное описание, замеры, составление карт и схем.
2. Стационарные. Подразумевают наблюдение за объектом в течение длительного времени, описание, измерение, составление отчетов.
3. Описательные. Визуальное знакомство с объектом исследования, устное описание особенностей строения, жизнедеятельности, нанесение на карту, сбор гербария.
4. Экспериментальные. Оценка количества, проведение опытов, наблюдение, прогноз состояния среды.

Лабораторные методы исследований применяются в стенах лаборатории, но обычно тесно пересекаются с полевыми методами

Большое внимание в экологической науке отводится методу исследований, называемому моделированием

Моделирование – один из основных методов лабораторных исследований, при котором в лаборатории создаются условия, близкие к природным. Модель носит вспомогательный характер и призвана помочь человеку в ситуации, когда реальное явление слишком опасное или масштабное.

Замечание 1

Модель – это всегда упрощенное представление реальных явлений, отражающее только основную суть процесса.

Мониторинг окружающей среды – это целый комплекс действий, связанных с наблюдением и оценкой состояния окружающей среды, регистрация и прогноз изменений среды под воздействием различных биологических, абиотических и антропогенных факторов. Мониторинг среды преследует следующие цели:

• количественная и качественная оценка состояния воздушной среды, гидросферы, почвенного слоя, растительного и животного мира, а также постоянный контроль выбросов на промышленных предприятиях;
• расчет прогноза о состоянии биосферы и возможные его изменения;
• мониторинг физических, химических, биологических процессов, мониторинг уровня загрязнения атмосферы, литосферы и гидросферы и его влияния на растения и животных.
• информирование населения и частных организаций об уровне загрязнения природной среды. Контроль и предупреждения загрязнения биосферы.

Экология в системе наук

В настоящее время экология представляет собой разветвленную систему наук, предмет которой заключается в изучении разнообразия и структуры связей между организмами, их сообществами и средой обитания, а также состава и функционирования сообществ организмов: популяций, биогеоценозов и биосферы в целом.

Для лучшего понимания предмета и задач экологии, по версии американского эколога Ю.Одума, очень важным является рассмотрение отношения этой науки к иным разделам биологии.

Сегодня, в эпоху специализации человеческой деятельности, связи между различными научными дисциплинами исчезают из нашего поля зрения вследствие огромного потока информации в границах каждой дисциплины. Однако экологии как науке повезло больше, интерес к которой, особенно в последние десятилетия, открыл ей, так называемые границы к смежным научным дисциплинам, а им в свою очередь — границы экологии.

Для определения предмета экологии первостепенной задачей является определение её положения в системе биологических наук. Для этого структуру экологии можно представить в виде «слоёного пирога» Одума:

Если представить данный «пирог» в виде конгломерата биологических наук и разрезать его по горизонтали, то можно выделить фундаментальные науки, изучающие основные — фундаментальные свойства жизни. К ним относится молекулярная биология, эмбриология, генетика, экология и т.д. Вертикальный разрез отображает таксономические разделы: бактериологию, орнитологию и т.д.

Предмет экологии

Известно, что сообщества, популяции, организмы, органы, ткани, клетки, органеллы и гены являются главными уровнями организации жизни. Их размещение представлено в иерархическом порядке — от больших систем к малым. Взаимодействие с физической средой на каждом уровне обеспечивает существование определенных функциональных систем — упорядоченных взаимодействующих и взаимосвязанных компонентов, образующих единое целое.

Таким образом, предмет изучения экологии преимущественно представлен иерархически размещенными выше уровня организмов системами — сообществами и популяциями.

Понятие и предмет экологии

Экология как научный термин была упомянута в XIX столетии немецким ученым Эрнстом Геккелем. Как самостоятельная область знаний экология появилась лишь XX веке. Сам термин состоит из двух греческих слов: «oikos» – дом, жилище, местопребывание и «logos» – учение . На заре своего развития экология занималась взаимодействием флоры и фауны. Современная экология занимается тем, что изучает влияние человека на окружающую среду.

Экология находится в тесной связи с другими науками, такими как биология, геология, география и др. С опорой на эту связь, можно смело сформулировать предмет экологии как науки. Однако существует несколько трактовок как предмета экологии, так и её понятия. Так В.В. Дроздов обозначил классическую формулировку предмета экологии: «Предмет экологии – взаимодействие живых систем (организмов, популяций, биоценозов различного масштаба) с неживой средой обитания и между собой» .

Однако существует иной подход к понятию предмета экологии. Он состоит в том, что предмет экологии – это человек и последствия его действий

Важное место в формировании предмета науки экологии отдано предмету экологии человека. Однако он ограничен четким рамками и в этой связи из общей канвы формирования предмета выпадают такие важные аспекты как вопросы общей теории жизни, что чревато отрывом от понимания глобальных процессов и замыканием на относительно узком круге вопросов, не выходящих за пределы типичных потребностей человека

Дело в том, что в восприятии обывателей экология представляет собой науку о проблемах окружающей среды и способах её охраны. Однако экология как наука намного шире.

В настоящее время общая экология включает в себя несколько ключевых разделов. Они представлены на рисунке ниже.

Разделы экологии

Каждый раздел экологии призван изучать выживание живых существ в окружающей среде. Каждый раздел направлен на изучение закономерности адаптации организмов и их сообществ к окружающей среде, саморегуляции, устойчивости экосистем и биосферы и так далее .

Науку экологию принято делить на:

• практическую экологию
• теоретическую экологию.

Практическая экология занимается изучением механизмов разрушения биосферы человеком. Её занимают способы предотвращения данного губительного процесса и разработка принципов рационального использования природных ресурсов. Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни.

Задачи экологии

Одно из центральных мест в экологии занимает проблема динамики и численности популяций и механизмов их регулирования. Исходя из этого выделяют следующие задачи экологии:

• изучение особенностей организации жизни, в том числе с антропогенным, являющимся результатом человеческой деятельности, воздействием на природные системы;
• исследование структуры и функционирования сообществ организмов;
• создание научной основы рациональной эксплуатации биоресурсов;
• прогнозирование изменений в природных системах под влиянием человеческой деятельности;
• сохранение среды обитания человека.

Помимо этого важной задачей экологии является исследование высших уровней интеграции живой материи и в процессе познания переходит от изучения популяций одного вида к биосфере в целом. Экология, будучи фундаментальной наукой, является составной частью каждого таксономического подразделения биологических наук, занимается изучением, например, экологии гриба, птицы или же комара

Такой подход является полезным хотя бы тем, что позволяет выработать методы исследования относительно разных групп организмов. Так, например, изучение экологии зайца, волка или комара или же всего населяющего ими пространства, требует соответствующих методов и методик. Именно их поиском и апробацией и занимается экология

Экология, будучи фундаментальной наукой, является составной частью каждого таксономического подразделения биологических наук, занимается изучением, например, экологии гриба, птицы или же комара. Такой подход является полезным хотя бы тем, что позволяет выработать методы исследования относительно разных групп организмов. Так, например, изучение экологии зайца, волка или комара или же всего населяющего ими пространства, требует соответствующих методов и методик. Именно их поиском и апробацией и занимается экология.

Замечание 1

Экология, занимающаяся исследованием взаимоотношений человека и природы, способствует интеграции природных, экономических и даже социальных наук.

Функциональная экология

Представьте, что вы путешествуете по лесу. Вокруг вы увидите разные виды деревьев, белок или бурундуков, преследующих друг друга или ищущих пищу. В зависимости от времени года вы можете страдать от надоедливых насекомых, и вы, скорее всего, дышите свежим воздухом. На первый взгляд картина может показаться простой, но здесь происходит целый ряд процессов, которые изначально невооруженным глазом не видны. Именно здесь начинается функциональная экология.Функциональная экология – это подраздел экологии, который фокусируется на уникальных ролях и функциях каждого вида, популяции или сообщества, развивающихся в своей “домашней” экосистеме. Другими словами, эта область экологии заинтересована в определении того, какой процесс, деятельность или роль каждого вида помогают экосистеме в целом.

Группирование организмов в функциональные группы

В функциональной экологии организмы объединяются в группы на основе роли, которую они выполняют. Цикл особей, которые и которых едят, – это один из способов взаимодействия элементов окружающей среды. Например:

• Растения известны как первичные производители — они питаются через процесс фотосинтеза. Все растения для фотосинтеза используют солнечный свет, поэтому мы можем объединить их в функциональную группу.
• Точно так же существуют организмы, которые едят только растения. Эти виды известны как травоядные, и их также можно сгруппировать в функциональную группу.
• Если подняться на еще один трофический уровень, мы обнаружим организмы, которые едят только других животных. Эти особи известны как плотоядные, они также могут считаться функциональной группой.
• Всеядные – организмы, которые едят как растения, так и других животных.
• Декомпозиторы – разрушают органический материал.

Функциональные группы – это один из способов классифицировать виды организмов в контексте функциональной экологии.

Рис. 4. Группы экологических факторов

Биосферная экология

В эту же группу относится и биосферная экология, основным предметом изучения которой являются глобальные процессы на Земле. К ним относится круговорот веществ в природе, загрязнение мирового океана в ходе деятельности человека, а также связанные с этим изменения в озоновом слое и климате планеты.

Функциональное разнообразие и избыточность

Несмотря на то, что в одной и той же функциональной группе могут сосуществовать различные популяции, каждый вид в этой экосистеме может иметь разные функции или роли, а один вид может выполнять более чем одну функцию или роль. Фактически, количество видов и количество различных ролей, которые эти виды выполняют в экосистеме, и есть функциональное разнообразие системы.

История науки

Научные исследования в области экологии проводились до появления отдельного термина. Совокупность полученных знаний подтолкнула Эрнста Геккеля к описанию нового термина.

С момента публикации книги авторства немецкого биолога «Общая морфология организмов» считается начало изучения экологии, как отдельной науки, тесно связанной с биологией.

Кроме Геккеля, существенный вклад в развитие области экологических знаний сделали другие мировые биологи: Дарвин, Майер, Клементс, Вернадский, Тэнсли, Северцов, Рулье, Тимирязев, Докучаев. Функция науки оставалась неизменной до 70-80-х годов XX века – изучение взаимодействия живых организмов с учетом окружающей среды. Указанный период считается первым этапом развития науки.

С середины прошлого века экология все теснее связывалась с другими научными дисциплинами. Из узкоспециализированного раздела биологии направление стало наукой, охватывающей разные области человеческих знаний. Укрепление направления в качестве самостоятельной единицы – второй этап развития.

В настоящее время наблюдается третий этап, характеризующийся переходом от теоретических основ к решению прикладных задач. С этим связано и постепенное искажение термина.

Методология

В экологических исследованиях используются разные методики для выполнения поставленных задач. В качестве объекта изучения выступают элементы биосферы: от организмов до всей системы в целом. Анализируются происходящие процессы, организационная структура, функционирование составляющих частей биосферы. По результатам исследования разрабатываются рекомендации по рациональному взаимодействию человека с природой.

Выполнение поставленных задач зависит от выбранных способов изучения среды. Исследования проводятся дистанционно и с выездом в анализируемую область.

Объекты исследования

Выбор исследуемых объектов для изучения экологии отличается масштабам, в котором выделяются 5 уровней:

• отдельные живые организмы;
• группы (популяция);
• несколько групп (сообщество);
• взаимосвязанные сообщества (экосистема);
• совокупность экологических систем (биосфера) – вся планета.

На каждом уровне изучается взаимодействие объекта с окружающей средой, меньшими и большими уровнями. Например, отдельные живые организмы в качестве объекта не имеют взаимодействия с уровнями меньшего порядка, поэтому экологами рассматривается их адаптация в популяции и окружающей среде.

Методы исследования

В экологии используются 3 метода исследования:

• Полевые наблюдения. Наблюдение в натуральной среде жизнедеятельности за живыми организмами. Могут проводиться в виде экспедиций, прохождения маршрутов, организованных стационарных постов.
• Полевые или лабораторные эксперименты. Целенаправленное воздействие на биосферу в естественных или лабораторных условиях.

• Моделирование. Использование специального программного оборудования для построения и расчета моделей поведения при разных вариантах взаимодействия между живыми организмами, средой.