Слайд 1УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ
Ч. 2
Условия стабильности жизни на Земле
Биосферные ограничения развития
Основные законы
и понятия экологии
Кузнецов Владимир Алексеевич,
профессор кафедры ЮНЕСКО «Зеленая химия
для устойчивого развития»,
корпус 3, комната 308
Слайд 2Литература
Основная литература
Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения.
М.: Наука. 1987, 338 с.
Одум Ю. Экология: В 2-х томах
/ Пер. с англ. М.: Мир. Т2 – 1986 – 378 с.
Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы) – М.: Журнал «Россия Молодая», 1994 – 367 с.
Тарасова Н.П., Кузнецов В.А. Химия окружающей среды: атмосфера: учебное пособие для вузов: - М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 228 с.: ил.
Тарасова Н.П., Кузнецов В.А., Сметанников Ю.В., Малков А.В., Додонова А.А. Задачи и вопросы по химии окружающей среды. – М.: Мир. 2002. – 368 с., ил.
Зайцев В.А. Промышленная экология: учебное пособие / М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012, 384 с.
Марфенин Н.Н. Устойчивое развитие человечества: Учебник. – М.: Изд-во МГУ, 2006. – 624 с.
Тарасова Н.П. Оценка воздействия промышленных предприятий на окружающую среду/ Н.П. Тарасова, Б.В. Ермоленко, В.А. Зайцев, С.В. Макаров. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012, 230 с.
Слайд 3Дополнительная литература
Устойчивое развитие: ресурсы России. Под общей редакцией академика РАН
Н.П. Лаверова. М.: Издательский центр РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2004,
212 с.
Тарасова Н.П. Охрана окружающей среды в дипломных проектах и работах: учебное пособие/ Н.П. Тарасова, Б.В. Ермоленко, В.А. Зайцев, С.В. Макаров. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева. 2006, 218 с.
Родионов А.Н. Технологические процессы экологической безопасности: Учебник для вузов / А.Н. Родионов, В.Н. Клушин, В.Г. Систер – 4-е изд., перераб. и дополн. Калуга: Изд-во Н. Бочкаревой, 2007, 799 с.
Алымов В.Т., Тарасова Н.П. Техногенный риск. Анализ и оценка: Учебное пособие для вузов.-М.: ИКЦ «Академкнига», 2005.-118 с.: ил.
Лейкин Ю.А. Основы экологического нормирования: учебное пособие.- М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009. – 396 с.
Донелла Медоуз, Йорген Рандерс, Денис Медоуз. Пределы роста. 30 лет спустя / Пер с англ. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2007. – 342 с.: ил.
Медоуз Д.Х., Медоуз Д.Л., Райдерс Й. За пределами роста. Учебное пособие. – М.: Издательская группа «Прогресс», «Пангея», 1994. – 304 с.
Фомин С.А. Основные государственные органы исполнительной власти в области экологического управления в России в 2005 г. // Россия в окружающем мире: 2005. М.: Модус-К_Этерна, 2005
Тихонова И.О. Мониторинг водных объектов суши: учебное пособие / И.О. Тихонова, Н.Е. Кручинина. – М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2009. – 184 с.
Слайд 4Экология
наука об отношениях живых организмов и образуемых ими сообществ между
собой и с окружающей средой;
наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой
природы.
Слайд 5Природа
В широком смысле природа это - все сущее,
весь мир в многообразии его форм.
Природа в этом значении стоит в одном ряду с понятиями
материи,
универсума,
Вселенной.
Слайд 6Более или менее точно определить понятие «жизнь» можно только перечислением
качеств, отличающих её от нежизни.
На текущий момент нет единого
мнения относительно понятия жизни, однако учёные в целом признают, что биологическое проявление жизни характеризуется: организацией, метаболизмом, ростом, адаптацией, реакцией на раздражители и воспроизводством.
Слайд 7Жизнь — активная форма существования материи, в некотором смысле высшая по
сравнению с её физической и химической формами существования; совокупность физических
и химических процессов, протекающих в клетке, позволяющих осуществлять обмен веществ и её деление (вне клетки жизнь не существует, вирусы проявляют свойства живой материи только после переноса генетического материала в клетку).
Слайд 8 Приспосабливаясь к окружающей среде, живая клетка формирует
всё многообразие живых организмов.
Основной атрибут живой материи — генетическая информация,
используемая для репликации.
Слайд 9Экология — познание экономики природы;
одновременное исследование всех взаимоотношений живого
с органическими и неорганическими компонентами окружающей среды
Экология — биологическая наука,
которая исследует структуру и функционирование систем надорганизменного уровня (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и времени, в естественных и изменённых человеком условиях.
Слайд 10Уровни организации жизни
Организм (живые существа)
Виды и популяции
Сообщества
или биоценозы
Экосистемы
Биосфера
Слайд 11Организмы
Организмы представляют собой открытые биологические системы, т.к. они связаны с
окружающей средой постоянным потоком вещества и энергии, проходящей через их
тела.
За миллиард лет фотосинтезирующие водоросли и наземные растения связали столько солнечной энергии и создали столько органического вещества, что оно могло бы покрыть всю зЗемлю слоем в 2000 км
В состав живых организмов входят не менее 60 химических элементов, главные из которых (биогенные элементы) - это C, O, H, N, S, P, K, Fe, Ca и некоторые другие.
Слайд 12Вид - естественная биологическая единица всех членов которой связывает
воедино участие в общем генофонде.
Особь - наименьшая неделимая единица биологического
вида, подверженная действию факторов эволюции
Слайд 13сходством внешнего и внутреннего строения
Морфологически представители одного вида обладают
Слайд 14Популяция - совокупность особей одного вида, длительно занимающая определенное пространство
и воспроизводящая себя в течение большого числа
поколений.
Сообщество - вcе популяции живих организмов, занимающие определенный участок и взаимодействующие друг с другом .
Слайд 15Организмы являются составной частью популяций своего вида, а из взаимоотношения
популяций складываются сообщества.
В экосистемах живые организмы теснейшим образом взаимодействуют
с неживым окружением.
Биосфера- глобальная экосистема. Это область земного шара, которая охвачена жизнью и изменена ее влиянием.
Слайд 17Экосистема
совокупность различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих друг с
другом и с окружающей их средой таким образом, что вся
совокупность может сохраняться неопределенно долгое время
Слайд 18Экосистема
основная функциональная единица в экологии;
единый природний комплекс, образованный живими
организмами и средой их обитания (атмосфера,
почва, водоем и т.п. ) в котором живые (биотические) и косные (абиотические) компоненты связаны между собой обменом веществ и энергии.
Слайд 19БИОСФЕРА
Французский учёный-естествоиспытатель Жан Батист Ламарк в начале XIX в. впервые предложил концепцию биосферы.
Термин «биосфера» был предложен австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом в 1875 году.
Целостное
учение о биосфере создал советский биогеохимик и философ В. И. Вернадский.
Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом.
Слайд 20БИОСФЕРА
Согласно Вернадскому,биосфера - оболочка Земли, населенная живыми организмами, активно ими преобразуемая.
...
Главную роль в биосфере играет живое вещество или биомасса живых
существ.
Слайд 21ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ
ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ
КЛАССИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ
Аутэкология — раздел науки, изучающий взаимодействие индивидуального
организма или вида с окружающей средой (жизненные циклы и поведение
как способ приспособления к окружающей среде).
Демэкология — раздел науки, изучающий взаимодействие популяций особей одного вида внутри популяции и с окружающей средой.
Синэкология — раздел науки, изучающий функционирование сообществ и их взаимодействия с биотическими и абиотическими факторами.
Слайд 22Условие возникновения экосистем наличие …
запаса биогенных веществ,
продуцентов - организмов,
создающие эти органические вещества, т.е. биологическую продукцию. Обычно это фотосинтезирующие
растения.
консументов - переработчиков биологической продукции. Обычно это животные.
редуцентов - разлагателей мертвых остатков растений и животных вновь до минеральных соединений. Обычно это грибы и бактерии.
Слайд 23Необходимые компоненты экосистем
Слайд 24БИОТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ
Пищевые (трофические) связи
Пищевые (трофические) связи
От них зависит жизнь
организмов, обеспеченность их энергией. Эти связи носят всеобщий характер, так
как нет ни одного вида на Земле, который ни служил бы пищей другим или сам ни использовал бы для этих целей другие виды.
Трофические отношения образуют в сообществах сложную систему, которую называют сетью питания.
Слайд 26БИОТИЧЕСКИЕ СВЯЗИ
Пищевые (трофические)
Пищевые связи :
обеспечивают передачу вещества и энергии от
одного организма к другому.
служат механизмом регуляции численности популяций.
Слайд 27Передача энергии по пищевой цепи
капуста (первый трофический уровень) – продуцент
коза
(второй трофический уровень) - консумент первого порядка как растительноядное животное
волк (третий уровень) - консумент второго порядка
Проследим, как расходуется в этой цепи солнечная энергия, связанная в кочане капусты.
Слайд 28Передача энергии по пищевой цепи
на рост идет около 10 процентов
усвоенной энергии.
в теле козы задержится даже менее десятой
части энергии, заключенной в кочане капусты, так как часть вещества капусты не усваивается.
Когда же козу съест волк, то на прирост его тела достанется не более одного процента энергии, связанной в капусте
Слайд 29Передача энергии по пищевой цепи
передача вещества и энергии по цепям
питания подчиняется так называемому "правилу десяти процентов".
В каждом последующем
звене цепей питания количество задерживаемой энергии уменьшается примерно в 10 раз, и уже через 4-5 звеньев она практически полностью иссякает.
Слайд 30Передача энергии по пищевой цепи
На создание 1 кг массы растительноядных
животных в природе затрачивается в 10 раз больше солнечной энергии,
чем на 1 кг массы растений.
Соответственно продукция плотоядных обходится
в 10 раз дороже.
Слайд 31Передача энергии по пищевой цепи
Правило 10 процентов можно выразить в
виде пирамиды биологической продукции.
Нижняя, широкая ступень пирамиды отражает скорость
создания органического вещества на первом трофическом уровне, а каждая последующая ступень оказывается в 10 раз меньше предыдущей.
Слайд 32Пирамида продукции и поток энергии в экосистемах
Слайд 33Продукция животных обходится и природе, и людям дороже, чем растительная.
Поэтому проблема голода для населения разных стран начинается прежде всего
с нехватки вторичной продукции - животных белков, необходимых в рационе человека.
Слайд 34Экологические факторы
абиотические - факторы неживой природы
биотические - взаимные влияния организмов
друг на друга.
антропогенные - все формы воздействия на природу человека
Слайд 35Абиотические факторы среды
имеют физико-химическую природу и определяют пределы устойчивости
жизни на Земле
Температура
Освещенность
Влажность
Давление
Радиоактивное излучение
Содержание кислорода
Солевой состав воды и почвы
Ветры
Течения и
т.п.
Слайд 36Абиотические факторы
По характеру изменчивости они могут быть: 1) регулярно-периодическими;
2)
нерегулярными;
3) направленными на протяжении определенных, иногда длительных отрезков времени.
Слайд 37Гомеостаз
способность биологического объекта к саморегуляции при изменении условий
окружающей среды; для организма сохранение постоянства внутренней среды организма и
устойчивость основных физиологических функций при изменении внешних условий.
Слайд 38ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ДЕЙСТВИЯ
абиотических ФАКТОРОВ СРЕДЫ
НА ОРГАНИЗМЫ
Закон оптимума.
Закон оптимума
отражает реакцию видов на изменение силы действия любого фактора. Нет
всецело положительных или отрицательных факторов, все зависит от их дозировки.
Слайд 39Пороговый эффект
– малое изменение или воздействие может оказаться критическим
и вызвать негативные последствия (если система находится в предпороговой области).
Например, массовая гибель деревьев после длительного воздействия загрязненного воздуха.
Слайд 40 ДИАПАЗОНЫ ТОЛЕРАНТНОСТИ И ЛИМИТИРУЮЩИЕ
ФАКТОРЫ
Диапазон толерантности – амплитуда колебаний различных факторов (температура,
влажность, свет) при которой существует полноценный рост популяций.
Слайд 43Схема действия факторов среды на живые организмы.
Места пересечений кривой с
осью абсцисс – критические точки
Слайд 44 существование, распространенность и распределение видов живых организмов
в экосистеме определяется тем, может ли уровень одного или нескольких
физических или химических факторов быть выше или ниже уровней толерантности этих видов.
Уровень толерантности отдельного организма зависит от его возраста, здоровья, физиологического состояния, генотипа (например, толерантность к спиртному). К постепенно изменяющимся условиям можно адаптироваться (привыкнуть).
Закон толерантности
Слайд 45ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ДЕЙСТВИЯ
абиотических ФАКТОРОВ СРЕДЫ
НА ОРГАНИЗМЫ
Закон оптимума.
Закон оптимума
отражает реакцию видов на изменение силы действия любого фактора. Нет
всецело положительных или отрицательных факторов, все зависит от их дозировки.
Слайд 46ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ДЕЙСТВИЯ
абиотических ФАКТОРОВ СРЕДЫ
НА ОРГАНИЗМЫ
Правило экологической индивидуальности
В природе нет двух видов с полным совпадением оптимумов
и критических точек по отношению к набору факторов среды. Если виды совпадают по устойчивости к одному фактору, то обязательно разойдутся по устойчивости к другому.
Слайд 47Положение кривых оптимума на температурной шкале для разных видов
Слайд 48ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ДЕЙСТВИЯ
абиотических ФАКТОРОВ СРЕДЫ
НА ОРГАНИЗМЫ
Принцип совместного действия
факторов
Он заключается в том, что результат влияния любого экологического
фактора на организмы во многом зависит от того, в какой комбинации и с какой силой действуют в данный момент и другие.
Слайд 49ОБЩИЕ ЗАКОНЫ ДЕЙСТВИЯ
абиотических ФАКТОРОВ СРЕДЫ
НА ОРГАНИЗМЫ
Закон ограничивающего (лимитирующего)
фактора
На живые существа одновременно действует множество факторов, и к тому
же большинство из них переменчиво. Но в каждый конкретный период времени можно выделить самый главный, от которого в наибольшей мере зависит их жизнь. Им оказывается тот фактор среды, который сильнее всего отклоняется от оптимума. Он и является ограничивающим жизнедеятельность организмов в данный период.
Слайд 51 Принцип лимитирующего фактора – избыток или недостаток одного абиотического фактора
может повлечь за собой ограничение или остановку роста численности популяции
в экосистеме, даже если значения других факторов оптимальны.
Лимитирующий фактор – любой фактор, тормозящий рост популяции в экосистеме.
Слайд 52БИОЛОГИЧЕСКОЕ НАКОПЛЕНИЕ
Пример биологического накопления пестицида ДДТ
Содержание ДДТ млн-1 К
Вода 0,00005
Планктон 0,04 800
Растительноядные рыбы 0,94 18800
Хищные рыбы 1,33 26600
Цапля 3,57 71400
Серебристая чайка 6,0 120000
Баклан 26,4 528000
Слайд 53Экологические факторы
биотические - взаимные влияния организмов друг на друга.
абиотические -
факторы неживой природы
антропогенные - все формы воздействия на природу человека
Слайд 54ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВИДОВ
К основным способам взаимодействия видов относятся:
межвидовая конкуренция;
хищничество;
паразитизм;
мутуализм;
комменсализм.
Слайд 55Межвидовая конкуренция
Пока экосистема обладает достаточным количеством ресурсов общего пользования, разные
виды потребляют их сообща.
Если два или более видов
в одной экосистеме начнут потреблять один и тот же дефицитный ресурс, они окажутся в отношениях
межвидовой конкуренции.
Слайд 56Хищничество
Форма взаимодействия видов в пищевых цепях и сетях, когда отдельная
особь одного вида (хищник) питается организмами (или частями организмов) другого
вида (жертвы).
Причем хищник живет отдельно от жертвы. Эти два вида организмов вовлечены в отношения типа хищник – жертва.
Слайд 57Паразитизм
Паразиты питаются за счет другого организма, называемого хозяином.
В отличие от
хищников они живут на хозяине или внутри его организма на
протяжении значительной части их жизненного цикла. Паразит использует для своей жизнедеятельности питательные вещества хозяина, тем самым постепенно ослабляя и нередко даже убивая его.
Например, ленточные черви, болезнетворные бактерии и другие паразиты живут внутри своих хозяев. Вши, клещи и такие растения-паразиты, как омела белая, прикрепляются к своим хозяевам снаружи.
Слайд 58МУТУАЛИЗМ
Мутуали́зм (англ. mutual — взаимный) — широко распространённая форма взаимополезного
сожительства. Присутствие партнёра становится обязательным условием существования каждого из них.
Более общим понятием является симбиоз, который представляет собой сосуществование различных биологических видов. Но в отличие от мутуализма, симбиоз может быть и не выгоден одному из партнёров.
Слайд 59МУТУАЛИЗМ
Преимущества, которые получает организм, вступающий в мутуалистические отношения, могут быть
различны. Часто, по крайней мере, один из партнёров использует другого
в качестве поставщика пищи, тогда как второй получает защиту от врагов или благоприятные для роста и размножения условия. В других случаях вид, выигрывающий в пище, освобождает партнёра от паразитов, опыляет растения или распространяет семена. Каждый из участников мутуалистической пары действует эгоистично, и выгодные отношения возникают лишь потому, что получаемая польза перевешивает затраты, требуемые на поддержание взаимоотношений.
Рыба-клоун живет вблизи актиний. В случае угрозы рыба находит убежище
в щупальцах актиний. При этом рыбы-клоуны отгоняют других рыб, которые любят полакомиться актиниями. Таким образом, оба организма получают взаимную выгоду от этого соседства.
Слайд 61ВОТ ПРИМЕРЫ
Разновидность такого вида мутуализма — когда один вид кормит
другой: например, человек выращивает сельскохозяйственные растения и рогатый скот; муравьи
выращивают грибы.
Слайд 62Комменсализм
Комменсализм (от лат. com — «с», «вместе» и mensa —
«стол», «трапеза»; буквально «у стола», «за одним столом»; ранее —
сотрапезничество) — способ совместного существования (симбиоза) двух разных видов живых организмов, при котором один из партнёров этой системы (комменсал) возлагает на другого (хозяина) регуляцию своих отношений с внешней средой, но не вступает с ним в тесные взаимоотношения.
При этом, популяция комменсалов извлекает пользу от взаимоотношения, а популяция хозяев не получает ни пользы, ни вреда (например, чешуйница обыкновенная и человек), т.е. метаболические взаимодействия и антагонизм между такими партнёрами чаще всего отсутствуют. Комменсализм — как бы переходная форма от нейтрализма к мутуализму.
Слайд 63ВОТ ПРИМЕР
Обыкнове́нная чешу́йница— мелкое бескрылое насекомое из отряда щетинохвосток, часто
обитающее в жилых домах или на продовольственных складах.
Слайд 64Устойчивость живой природы
Принцип отрицательной обратной связи.
Отрицательная обратная связь заключается
в том, что возникшие в системе отклонения от ее нормального
состояния вызывают в ней самой такие изменения, которые начинают противодействовать этим отклонениям. Происходит регуляция, т.е. возврат системы в прежнюю норму.
Слайд 65Устойчивость живой природы
Принцип цикличности.
Циклическое использование ограниченных по запасам веществ
делает их практически неисчерпаемыми.
Слайд 66Биогенные вещества (биогены)
химические элементы, постоянно входящие в состав живых организмов
и выполняющие определенные биологические функции
Слайд 67Живые системы включают в себя около 20 элементов
Главными из них
являются
углерод
водород
кислород,
азот
фосфор
сера
Слайд 68Б. Коммонер
4 закона экологии:
Всё связано со всем
Ничто не исчезает
в никуда
Природа знает лучше
Ничто не даётся даром