Основи теоретичної екології

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ДЕРЖАВНОГО УПРАВЛІННЯ

ПРИ ПРЕЗИДЕНТОВІ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ РЕГІОНАЛЬНИЙ ІНСТИТУТ

Кафедра управління охороною суспільного здоров’я

ОСНОВИ ТЕОРЕТИЧНОЇ ЕКОЛОГІЇ

План практичних занять, методичні вказівки

для студентів 1-го курсу денної форми навчання

факультету соціально-економічного управління

Харків

Видавництво ХарРІ НАДУ

„Магістр”

2006

Укладачі: Володимир Олександрович Мартиненко, ст. викладач кафедри управління охороною суспільного здоров’я ХарРІ НАДУ

Рецензент: Сергій Іванович Сюткін, к. геогр. наук, доцент кафедри регіональної географії СДПУ ім.

Відповідальний

за випуск: Олег Єгорович Вашев , к. мед. н., завідувач кафедри управління охороною суспільного здоров’я

ХарРІ НАДУ

.

Видання затверджено кафедрою управління охороною суспільного здоров’я ХарРІ НАДУ протокол від 23 березня 2006 р.

Основи теоретичної екології: План практичних занять, методичні вказівки для студентів 1-го курсу денної форми навчання факультету соціально-економічного управління - економічного управління / Укладач: . – Х.: Вид-во ХарРІ НАДУ “Магістр”, 2006.-24с.

© , 2005

© ХарРІ НАДУ, 2005

ВСТУП

Підвищення культури громадян України у спілкуванні з природою, екологічна підготовка кадрів в умовах складного перехідного періоду мають важливе державне значення, оскільки покликані допомогти у вирішенні життєво важливих соціально-економічних, еколого-економічних і геополітичних проблем.

Аналіз тенденцій глобальних, регіональних і локальних змін у природних екосистемах та біосфері загалом свідчать про нагальну потребу формування у молоді ґрунтовних екологічних знань та культури спілкування з природою, необхідних навичок раціонального природокористування, екологізації практично всіх навчальних дисциплін.

Тому навчальний курс "Основи екології” займає сьогодні належне місце серед найголовніших та фундаментальних дисциплін.

Програма розроблена з урахуванням сучасних вимог до рівня екологічних знань, наявності базових екологічних знань, отриманих у школі, світового й вітчизняного досвіду.

Однією з форм творчого вивчення програмного матеріалу з основ екології, її концептуально-понятійної бази з метою набуття практичних навичок використання екологічних знань у професійній діяльності є ла­бораторно-практичні заняття. Вони покликані забезпечити ефективне засвоєння теоретичних знань з програми курсу на експериментальній базі — в природі, живому кутку, при спілкуванні з живими організмами у тваринницьких господарствах. Невід'ємною умовою вивчення основ екології є певний мінімум загальнобіологічних і природних знань, спо­стережливість і аналіз фактичного матеріалу. Студенти повинні навчи­тися аналізувати екологічну ситуацію і складати свої пропозиції щодо її покрашення, вміти переймати досвід кращих господарств, вчитися на еталонах природних високо продуктивних екосистем.

Лабораторно-практичні заняття покликані конкретизувати і деталь­ніше ознайомитися з окремими методами екологічного дослідження живих організмів та стану навколишнього середовища.

Розроблений навчально-методичний посібник "Практикум з основ екології" включає методичні розробки до окремих тем практичних занять та самостійної роботи студентів. Для активізації творчої роботи студентів при вивченні основ екології до кожної теми подані контрольні питання загальнотеоретичного характеру. Індивідуалізація завдань сприяє самостійному їх виконанню і стимулює підготовку до занять. Систематичний контроль знань дає можливість аналізувати і скеровувати вивчення програмного матеріалу дисципліни.

Посібник "Практикум з основ екології" складається з 3-х основних блоків (модулів): 1. Основи теоретичної екології; 2. Прикладні аспекти екології. Екологічні проблеми України та її регіонів; 3. Стратегія і тактика збереження життя на Землі.

1. ВИМОГИ ДО ЗНАНЬ ТА УМІНЬ СТУДЕИТ1В

У результаті виконання практичних занять студенти повинні знати: основні теоретичні положення сучасної екології; основні екологічні терміни, поняття, фактории, закони; особливості будови біосфери; закономірності її функцілнування; умови стабілізації біосфери, її біогеохімічні цикли; роль всезагальних взаємозв'язків всіх природних процесів і явищ, методи моделювання та прогнозу екологічних процесів і умов в біосфері.

Повинні вміти: застосувати базові фундаментальні екологічні знання при формуванні особистого відношення до об’єктів природи й суспільства, при ствердженні активної лриродоохоронної життєвої позиції і формуванні світоглядних орієнтирів на основі нових екологічних концепцій.

2. Тематичний план практичних занять

№ п/п	№ розділу теми	Тема та зміст заняття	Обсяг годин
1.	І	Основи теоретичної екології	6
2.	1.1	Сучасна екологія: предмет, методи, завдання, структура.	2
3.	1.2	Дія екологічних факторів на організми та пристосування до дії цих факторів.	2
4.	1.3	Глобальні процеси у біосфері. Колообіги речовин у біосфері (біологічні, геологічні). Ноосфера.	2
5.	ІІ	Прикладні аспекти екології	8
6.	2.1	Охорона біосфери - одне з найважливіших завдань сучасної цивілізації.	2
7.	2.2.	Принципи і методи захисту довкілля від забруднень.	2
8.	2.3	Природокористування і проблеми його регулювання	2
9.	2.4	Екологічні проблеми України і її регіонів	2
10.	ІІІ	Стратегія і тактика збереження та стабільного розвитку життя на землі	4
11.	3.1	Соціальна екологія та її проблеми. Екологія і здоров’я.	2
12.	3.2		2
		Разом:	18

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 1

Тема: Сучасна екологія: предмет, методи, завдання, структура.

Мета: ознайомити студентів з сучасною структурою екологічних досліджень, цілями, предметом і завданнями екології, основними екологічними законами та проблемами екології. Сформувати розуміння дії екологічних законів на всіх ієрархічних рівнях та уміння находити причини і механізми впливу забруднюючих речовин на живу речовину.

Основні терміни й поняття: екологія, природне середовище, довкілля, біосфера, об’єкт і предмет екології.

Хід заняття.

Методичні вказівки.

Матеріал цієї теми є теоретичною основою курсу „Основи екології”.

Розгляд теми слід розпочати з визнання того факту, що Україна об’явлена зоною екологічного лиха. Перенасичення хімічними, металургійними, гірничо-видобувними виробництвами з застарілою технологією привело до виснаження не відновлюваних мінерально-сировинних ресурсів, інтенсивному забрудненню повітря, грунтів і водоймищ, значному накопиченню промислових відходів. Практично всі доступні водні ресурси опинились на грані зникнення. Інтенсифікація землеробства, безконтрольне використання хімізації в умовах низької технологічної культури веде до прискореної деградації грунтів. Зростає кількість локальних і регіональних Очаків екологічного лиха. Значно загострила екологічну ситуацію катастрофа на Чорнобильській АЕС. Незадовільна екологічна ситуація – головна причина збільшення захворюваності і рівня смертності. Така соціально-економічна ситуація породжена перш за все про витратним характером економіки, суспільною власністю на природні ресурси, неудосконаленістю використовуваної техніки і технологій, низьким рівнем екологічної культури і ін..

Далі необхідно розібрати, що являється об’єктом і предметом екології, які її цілі і задачі, а також розглянути основні екологічні закони.

Основні екологічні закони (по й ін. (1993).

1. Закон біогенної міграції атомів (закон Вернадського). Основою міграції є переважний вплив живої речовини організмів. Жива речовина або бере участь у біохімічних процесах безпосередньо, або створює відповідним, збагаченим киснем, вуглекислим газом, воднем, азотом, фосфором і іншими речовинами середовище. Закон має велике теоретичне й практичне значення. Розуміння всіх хімічних процесів неможливо без обліку дії біогенних факторів, зокрема еволюційних. Зараз людина впливає на функціонування всього. Негативний вплив його стає глобальним, некерованим (опустелювання, деградація, вимирання).

Цей закон дозволяє «свідомо й активно попереджати розвиток негативних явищ, управляти біохімічними процесами, використовуючи м'які екологічні методи».

2. Закон внутрішньої динамічної рівноваги. Речовина, енергія, інформація тісно зв'язані між собою. Зміна одного викликає зміна всіх, але при цьому зберігаються загальні якості системи: матеріально-енергетичні, інформаційні й динамічні.

Наслідок чинності закону - після будь-яких змін обов'язково розвиваються ланцюгові реакції, які прагнуть нейтралізувати ці зміни. Необхідно пам'ятати, що незначна зміна одного показника може викликати сильне відхилення в інших і у всієї екосистеми. Вони можуть бути необоротними, перейти в глобальні. Зміни викликають відповідні реакції, які спричиняють відносну сталість еколого-економічного потенціалу. Штучний ріст еколого-економічного потенціалу обмежений термодинамічною стійкістю природних систем. Це відповідь на питання, чи кінцевий ріст еколого-економічного потенціалу, і один із самих головних законів у природокористуванні. Інакше кажучи, при дотриманні закону екологічного імперативу відбувається саморегулювання, відтворення. Перевищення вимог екологічного імперативу спричиняє непередбачені зміни на локальному, регіональному й глобальному рівнях.

3. Закон генетичної розмаїтості. Все живе генетично відрізняється й має стійку тенденцію до збільшення біологічної розмаїтості. Це важливо в сфері біотехнології (генна інженерія, біопрепарати) тому, що, завдяки цьому закону, завжди можна передбачати результат нововведень під час вирощування нових мікрокультур через виникаючі мутації або поширення дії на ті види організмів, на які вони були розраховані.

4. Закон історичної необхідності. Розвиток біосфери й людства як цілого - процес односпрямований і походить від початкових фаз до більше пізніх, загальний процес розвитку односпрямований. Повторюються лише окремі елементи соціальних відносин (рабство) або типи господарювання. Цей закон найімовірніше соціальний, а не екологічний.

5. Закон константності (сформульований В. Вернадським). Кількість живої речовини біосфери (за певний біологічний час) є величиною постійної. Цей закон тісно пов'язаний із законом внутрішньої рівноваги. За законом константності будь-яка зміна кількості живої речовини в одному з регіонів біосфери неминуче приводить до таким же по обсязі змінам речовини в іншому регіоні, але із протилежним знаком.

Наслідком чинності закону є правило обов'язкового заповнення екологічних ніш.

6. Закон кореляції (сформульований Ж. Кюв'є). В організмі, як у цілісній системі, всі частини відповідають одна інший як по будові, так і по функціях. Зміни в одній частині неминуче викликають зміни в інші.

7. Закон максимізації енергії (сформульований Ю. Одумом і доповнений ). У змаганні систем зберігається та, котра найбільше сприяє надходженню енергії й інформації, використовує максимальну їхню кількість і найбільше ефективно. Максимізація - це підвищення шансів на виживання. За цим законом система створює сховища (накопичувачі) високоякісної енергії, що повинна: а) забезпечити надходження нової енергії; б) нормальний круговорот; в) стійкість системи і її здатність пристосовуватися до змін; г) налагодження обміну з іншими системами; д) створює механізм регулювання, підтримки.

8. Закон максимуму біогенної енергії (закон Вернадського— Бауэра). Будь-яка біологічна й «біоневдосконалена» система з біотою, що перебуває в стані «стійкої нерівноваги» (динамічно рухливої рівноваги з навколишнім
середовищем), збільшує, розвиваючись, свій вплив на середовище. По Вернадському, виживають ті, які збільшують біогенну геохімічну енергію. На думку Бауэра, всі живі системи ніколи не бувають у стані рівноваги й виконують за рахунок своєї вільної енергії корисну роботу проти рівноваги, якого вимагають закони фізики й хімії при існуючих зовнішніх умовах. Цей закон є основою для розробки стратегії природокористування.

9. Закон мінімуму (сформульований Ю. Либихом). Стійкість організму визначається найбільш слабкою ланкою в ланцюзі його екологічних потреб. При задоволенні мінімуму кількості і якості екологічних факторів організм виживає, якщо мінімуму ні, те система руйнується, тому завжди потрібно шукати найбільш слабку ланку.

10.Закон необмеженості прогресу. Визначається не обмеженим розвитком від простого до складного в межах біологічної форми руху матерії. Суть закону полягає в тому, що все живе у своєму вічному безперервному й абсолютному русі прагне до відносної незалежності від умов середовища перебування. Але при цьому ніщо не може звільнитися від цього середовища.

11.Закон обмеженості природних ресурсів. Всі ресурси вичерпні. Планета є природно-обмеженим тілом і на ній не можуть існувати нескінченні складові частини.

12. Закон односпрямованості потоку енергії. Енергія, що одержує екосистема і яка засвоюється продуцентами, розсіюється або з біомасою безповоротно передається консументам I, II і III порядків, а потім редуцентам. На кожному трофічному рівні відбуваються більші втрати (приблизно 0,25 % початкової енергії вертається у зворотний потік). Саме тому термін «круговорот енергії» є досить умовним.

13. Закон оптимальності. Жодна система не може звужуватися або розширюватися нескінченно. Жоден організм не може перевищувати певні розміри, які забезпечують підтримування його енергетики. Розміри залежать від умов харчування й факторів існування. У природокористуванні - це розміри ділянок полів, вирощуваних тварин, рослин. Недотримання закону приводить до неприродної одноманітності на більших територіях (монокультурність), викликає порушення функціонування екосистем, екологічні кризи.

14.Закон піраміди енергії (сформульований Р. Линдеманом). З одного трофічного рівня екологічної піраміди на іншій переходить в основному не більше 10 % енергії. Цей закон - основа планування забезпечення населення продовольчими й іншими ресурсами.

15. Закон ґрунтовтоми (зменшення родючості). Поступове зниження природної родючості ґрунтів відбувається через тривале їх використання й порушення природних процесів ґрунтоутворення, а також тривалого вирощування монокультур (накопичуються токсичні речовини, виділювані рослинами, залишки пестицидів і мінеральних добрив).

16. Закон рівнозначності умов життя. Всі необхідні для життя природні умови середовища грають рівнозначні ролі. Із цього треба інший закон - закон спільної дії екологічних факторів, що часто ігнорується.

17. Закон розвитку навколишнього середовища. Будь-яка природна система розвивається лише за рахунок використання матеріально - енергетичних і інформаційних можливостей навколишнього середовища.

Абсолютно ізольований саморозвиток неможливо - такий висновок із закону термодинаміки. Наслідок закону: а) абсолютно безвідхідне виробництво неможливо; б) більше високоорганізована біотична система є постійною погрозою для менш організованих, тому в біосфері неможливе повторне зародження життя - вона буде знищена вже існуючими організмами; в) біосфера Землі як система розвивається за рахунок внутрішніх і космічних ресурсів.

18. Закон спільної дії природних факторів (закон Митчерлиха-Тинемана-Бауле). Обсяг урожаю залежить не від окремого, що нехай навіть лімітує фактора, а від всієї сукупності екологічних факторів одночасно. Закон має силу за певних умов - коли вплив монотонно й максимально проявляється кожний фактор при незмінності інших у тій сукупності, що розглядається.

19. Закон зменшення енерговіддачі в природокористуванні. У процесі одержання від природної системи корисної продукції згодом (в історичному аспекті на її виготовлення в середньому затрачаються усе більше енергії) збільшуються енергетичні витрати на одну людину. Зараз за добу витрачається енергії в 60 разів більше, ніж у часи наших далеких предків, тобто кілька тисяч років тому. Це варто враховувати, плануючи свої відносини із природою з метою їхньої гармонізації.

20. Закон толерантності (закон Шелфорда). Обмежуючим фактором, процвітання організму може бути як мінімум, так і максимум екологічного впливу, діапазон між якими визначає ступінь стійкості (толерантності) організму до даного фактора. За цим законом будь-яка надмірна кількість речовини або енергії в екосистемі стає її ворогом, забруднювачем.

21.Закон фізико-хімічної єдності живої речовини (сформульований В. Вернадським). Все живе на Землі має єдину фізико-хімічну природу, тому, що шкідливо для однієї живої речовини шкідливо й для іншого, але в різному ступені. Тут проявляється стійкість видів до дії того або іншого агента. Стійкість до фізико-хімічного впливу, швидкість відбору по стійкості популяції до шкідливого агента прямо пропорційна швидкості розмноження організму й чергування поколінь. Це означає, що тривале вживання пестицидів недоцільно, оскільки шкідники швидко пристосовуються й виникає необхідність збільшувати дозу.

22. Закон екологічної кореляції. В екосистемі, як і в будь-якій іншій, всі види живої речовини і абіотичні екологічні компоненти функціонально відповідають один іншому. Випадання однієї частини системи (виду) неминуче приводить до виключення іншої частини й до функціональних змін.

Американський учений Б. Коммонер дав визначення чотирьом відомим законам екології: 1) усе зв'язано з усім; 2) все повинне куди-небудь подітися; 3) природа краще «знає»; 4) ніщо не проходить безслідно (за все потрібно платити).

указує, що перший закон Б. Коммонера близький по суті до закону внутрішньої динамічної рівноваги; другий - до цього ж закону й до закону розвитку природної системи за рахунок навколишнього середовища; третій застерігає нас від самовпевненості; проблему четвертого розглядає закон внутрішньої динамічної рівноваги, закони константності й розвитку природної системи. По четвертому законі Коммонера ми повинні повертати природі те, що беремо від її, інакше катастрофа неминуча.

Таким чином, за останні 30-40 років екологія стала багатогранною комплексною наукою, головною метою якої є розробка наукових основ порятунку людства й середовища його існування - біосфери планети, раціонального природокористування й охорони природи. Зараз, коли екологічним вихованням охоплені всі маси населення на планеті, знання законів екології допоможе людству знайти правильні шляхи до виходу з екологічної кризи, дозволить виважено, обдумано передбачати далеку перспективу.

Правила в загальному виді можна трактувати як емпіричні наслідки з різних екологічних законів.

Правило неминучості ланцюгових реакцій — наслідок із закону внутрішньої динамічної рівноваги.

Правило нелінійності внутрішніх взаємодій — другий наслідок із закону внутрішньої динамічної рівноваги.

Правило необоротності порушень — третій наслідок із закону внутрішньої динамічної рівноваги.

Правило сталості еколого-економічного потенціалу — четвертий наслідок із закону внутрішньої динамічної рівноваги.

Правило 10 % випливає із закону Линдемана, або закону піраміди енергій.

Правило «м'якого» керування можна назвати правилом доцільного перетворення природи. М'яке, значить - опосередковане, направляюче, що відновлює природний баланс, а жорстке - технологічне. Це відновлення колишньої природної продуктивності або її підвищення на основі об'єктивних законів.

Правило 1 % — зміна енергетики природних систем у межах 1 % — виводить природні системи з рівноважного (квазістаціонарного) стану. Коли відбувається перехід величини сумарної енергії за 1 % енергії сонячного випромінювання, це приводить до істотних змін - різким кліматичним аномаліям (потужним циклонам, виверженням вулканів і т. д.), змінам у характері рослинності, великим пожежам і т. д.

Принципи спрямованості еволюції (Л. Онсагера) випливають із закону мінімальної дисипації (розсіювання) енергії й інших еволюційних теорем екології. Еволюція завжди спрямована на зниження розсіювання енергії, на її нерівномірний розподіл. Цей принцип серед інших принципів екології й природокористування служить для розшифровки закону оптимальності.

Принцип катастрофічного поштовху проголошує, що різкі зміни середовища спочатку ведуть до зниження розмаїтості, а потім до вибуху формоутворення.

Принцип Ле Шателье-Брауна полягає в тім, що при зовнішньому впливі, що виводить систему зі стану стійкої рівноваги, рівновага зміщається в тому напрямку, де ефект впливу слабшає. Розглянутий принцип у числі інших значною мірою пояснює причини чинності закону зниження енергетичної ефективності природокористування: чим більше відхилення від стану екологічної рівноваги, тим значніше повинні бути енергетичні витрати для ослаблення протидії природних систем цьому відхиленню.

Принцип Реді — живе породжується тільки від живого, між живою й неживою речовиною існує непередоланна границя. Принцип був заново сформульований в 1924 р.

Контрольні запитання.

1. Предмет, мета та завдання екології.

2. Місце екології серед інших наук.

3. Зв’язок екології з охороною навколишнього природного середовища.

4. Обґрунтування антропо - та екоцентричного підходу до вивчення взаємозв’язків людини і природи.

5. Характеристика модельної системи “Людина – Економіка – Біота – Середовище”.

6. Основні закони екології.

7. Сформулюйте закон розвитку системи за рахунок довкілля.

8. Про що говорить „ Коммонера”?

9. У чому полягає сутність закону мінімуму?

Література: основна 2, 5, 6, 7, 8

додаткова 1, 2, 10, 11

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 2

Тема: Дія екологічних факторів на організми та пристосування до дії цих факторів.

Мета завдання: ознайомити студентів з основними факторами навколишнього природного середовища, принципами їх дії на організми, з основними ознаками популяції, які визначають її ріст, динаміку і перспективи розвитку.

Основні терміни й поняття: абіотичні, біотичні й антропогенні чинники впливу, популяція, екологічна ніша.

Хід заняття.

Теоретичні відомості.

Вивчаючи взаємодію живих організмів і оточуючого середовища, насамперед варто мати на увазі, що живі організми, які населяють планету, освоїли чотири основні середовища, кожне з яких має свій склад і особливості, свої екологічні чинники (абіотичні й біотичні): водне середовище, водно-повітряне, грунт, самі організми.

Екологічні чинники за ставленням до них організмів поділяють на:

- життєво необхідні для організмів (вода, температура);

- не необхідні, але впливові (вітер, радіаційний фон);

- нейтральні - байдужі для організмів (інертні гази).

Первинними чинниками середовища є вода, світло, температура, хімічні та механічні фактори; комплексні групи чинників – кліматичні, орографічні (рельєф), едафічні (грунти), біотичні.

Абіотичні чинники середовища. Абіотичні фактори – екологічні фактори неживої природи, які здійснюють вплив на живі організми. Абіотичні фактори представляють собою сукупність кліматичних і ґрунтових факторів, що складаються з багатьох динамічних елементів, діючих один на одного і на живі організми. До них належать: сонячна енергія, світло, температура, вологість, хімічний склад, орографія, едафічний фактор, течії, пожежі, фізичні поля тощо. Для розуміння даних факторів необхідно розглянути їх дію на живі організми.

Біотичні фактори. Це сукупний вплив життєдіяльності одних організмів на інші. При цьому, варто розрізняти прямий і косвений (опосередкований) вплив одних організмів на інші, який проявляється в тому, що одні живі організми своєю присутністю змінюють режим абіотичних факторів для інших. Пряма взаємодія живих організмів називається гомотиповою для особин одного виду і гетеротиповим – між індивідами різних видів. Далі слід зупинитись на вивченні форм взаємовідносин між організмами.

В останні десятиріччя деякі вчені відокремлюють ще одну групу екологічних факторів, які можуть і змінюють умови існування та функціонування екосистем – антропогенні фактори. До антропогенних факторів належать усі види створюваних технікою і безпосередньо людиною впливів, які пригнічують природу: забруднення, технічні перетворення й руйнування природних систем ландшафтів; вичерпання природних ресурсів; глобальні кліматичні впливи; естетичні впливи.

Розгляньте закони оптимуму і толерантності, закон Гаузе, концепцію екологічної ніші. Розкрийте їх значення. Наведіть приклади.

Популяції. Це сукупність особин одного виду, здатна до самовідновлення і відмежована від інших аналогічних сукупностей цього самого виду екологічними чи біологічними бар’єрами, що ускладнює обмін генетичною інформацією. Популяція характеризується рядом особливостей: щільністю, народжуваністю, смертністю, статевою і віковою структурою, характером розповсюдження в просторі. Розгляньте структури популяції. Наведіть їх приклади. Зверніть увагу на фактори, які впливають на показники популяції.

Популяції є структурною одиницею виду, входять в склад біоценозів і функціонують лише в межах екосистем у поєднанні з популяціями інших видів. Чим різнорідніше середовище ареалу виду, тим більшою кількістю популяцій він представлений, тим багатший його генофонд.

Особливістю популяцій тварин є те, що:

- межі окремих особин чітко виражені;

- щільність змінюється за рахунок міграції й народження нових особин;

- розселення проходить шляхом міграції, з метою пошуків корму й уникнення несприятливих умов;

- численність відтворюється за рахунок статевого розмноження й надходження особин з інших популяцій;

- внутрішньопопуляційні зв'язки складні;

- різні форми турботи про потомство.

Стан популяції на даний момент відбиває адаптацію до умов середовища.

До важливих ознак популяції належать: чисельність, щільність, на­роджуваність, приріст і швидкість росту, віковий склад, смертність.

Чисельність популяції — це загальна кількість особин, які населяють її територію.

Оптимальна чисельність популяції визначається ємністю середовища. Вона відповідає тій кількості особин, яку дане середовище може забезпе­чити життєво необхідними умовами, насамперед кормовими й територіаль­ними ресурсами, протягом тривалого періоду. Підтримування оптимальної чисельності є важливим фактором існування і прогресуючого розвитку популяції.

Сукупність лімітуючих факторів, які обмежують ріст популяції нази­вають опором середовища.

Чисельність і структура популяцій свійських тварин регулюється людиною.

При аналізі чисельності популяції важливо врахувати насичення тери­торія особинами певного виду, наявність резервної території для розсе­лення нових особин.

Щільність (густота) — це кількість особин популяції, що припадає на одиницю площі чи об'єму. Розрізняють середню й екологічну щіль­ності. Середня щільність — це кількість особин на одиницю території, зайнятої популяцією. Екологічна щільність — кількість особин, що припадає на одиницю площі, яка може бути заселена популяцією.

Максимальна й мінімальна щільність популяції не дає можливостей для її існування в межах екосистеми.

Швидкість росту чисельності популяції — це кількість організмів, на яку вона збільшується за певний проміжок часу.

Середній приріст числа особин за певний проміжок часу називають темпом росту популяції.

Біотичний потенціал — це максимально можлива кількість нащадків від однієї пари (або однієї особини) за одиницю часу.

Плодючість — це кількість особин, яку здатна дати особина за одне народження або за сезон. Від плодючості в значній мірі залежить збіль­шення чисельності популяції.

Ріст популяції характеризується народжуваністю й смертністю.

Народжуваність — кількість нових особин, що з'явилися за певну одиницю часу в результаті розмноження. Максимальна народжуваність можлива за ідеальних умов. Реальна (екологічна) народжуваність визна­чається кількістю особин популяції у реальних умовах середовища.

Смертність — визначає кількість особин популяції, які загинули за певну одиницю часу. Різниця між народжуваністю й смертністю назива­ється приростом популяції. Він може бути позитивним і негативним. Не може бути прогресуючого розвитку у тих популяцій, в яких переважає смертність.

Народжуваність і смертність регулюють віковий склад і чисельність популяції. У стабільній популяції народжуваність і смертність майже одина­кові, її чисельність змінюється дуже мало, а різновікові групи знаходяться приблизно в однаковому співвідношенні. У прогресуючих популяціях народжуваність перевищує смертність і чисельність особин збільшується.

Значний вплив на ріст популяції має її вікова структура, яка відбиває віковий розподіл особин у ній. Якщо умови середовища сприятливі, то у популяції присутні всі вікові групи, які забезпечують відносно стабіль­ний рівень її чисельності.

У популяціях тварин виділяють молоді статевонезрілі особини, статевозрілі молоді, статевозрілі дорослі та старі особини. У стабільних

сформованих популяціях розподіл вікових груп більш-менш рівний. Якщо переважаючими є старі особини, популяція характеризується спа­дом чисельності, її ріст загальмовується. У популяціях, чисельність яких швидко росте, переважають молоді особини, що знайшли сприятливі умови для реалізації біотичного потенціалу.

Отже, для оцінки екологічного стану популяції, визначення напрямів її розвитку та обсягу ресурсного використання необхідно визначити:

- чисельність особин популяції на даний час;

- щільність населення території, характер розподілу особин, наявність
вільного простору для розселення нових особин та кормові ресурси;

- збільшення чи зменшення чисельності особин за певний відрізок часу;
- співвідношення вікових груп.

Динаміка популяції, характер зміни притаманних їй ознак залежить від внутрівидової і міжвидової конкуренції, харчових ресурсів, клімату і інших факторів, тобто визначається екологічною нішею даного виду і відповідними умовами місцезнаходження вимогам організмів, що складають популяцію. Знання динаміки популяції дозволяє планувати обсяги вилову риби, відстрілу промислових тварин, зберігати необхідну чисельність та статево-віковий складу порід свійських тварин, а також прогнозувати небажані явища і запобігати їх виникненню.

Контрольні запитання

1. Основи біологічної організації довкілля: організми, популяції, екосистеми, біосфера.

2. Які екологічні чинники є життєво необхідні, є не необхідні, але впливові для життя організмів, а які є нейтральні - байдужі для організмів? Наведіть приклади.

3. Аналіз факторів середовища, їх взаємодії та адаптації організмів.

4. Популяція, властивості популяції, популяційна структура виду.

5. Динаміка і гомеостаз популяцій.

6. Наведіть приклади впливу екологічних чинників середовища на популяцію.

Практичне завдання.

1. Опрацюйте розділ "Популяції" і складіть письмові відповіді на теоретичні питання: популяція; чисельність популяції; щільність популяції; темп (швидкість) росту; коефіцієнт приросту; народжуваність; плодючість; виживання; смертність; біотичний потенціал; ємність середовища; опір середовища; гомеостаз популяції; вікові групи тварин.

2. Які популяції за віковою структурою є найперспективнішими:

• з перевагою молодих статевозрілих;

• молодих статевонезрілих;

• дорослих статевозрілих;

• з перевагою старих особин;

• з більш-менш рівномірним співвідношенням вікових груп?
Відповідь обґрунтуйте.

Література: основна 6, 7, 8, додаткова 1, 2, 11,

ПРАКТИЧНА РОБОТА № 3

Тема: Біосфера. Екосистеми

Мета заняття: вивчити особливості й закономірності розвитку біосфери, формування біоценозів, їх структури, видового складу і трофічних зв’язків між продуцентами і консументами.

Основні терміни й поняття: екосистема, біоценоз, фітоценоз, зооценоз, продуценти, консументи, редуценти, трофічний ланцюг, екологічна піраміда, жива речовина.

Хід заняття.

Теоретичні відомості.

Біосфера – простір, який є місцем проживання всієї сукупності живих організмів планети. Вона охоплює частину літосфери, атмосфери і гідросфери. Загальна протяжність біосфери може досягати 40 км. Від всіх інших геосфер біосфера відрізняється більш енергійними хімічними перетвореннями.

Основні характеристики біосфери: 1) наявність води в рідкому стані; 2)проникання сонячної радіації, яка є єдиним джерелом енергії біосфери.

Екосистема – це угрупування різних видів рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, що взаємодіють між собою і з навколишнім середовищем таким чином, що може зберігатися тривалий час завдяки обміну речовин, енергії та інформації. Екосистема є основною функціональною одиницею у природі. Являється системою, яка складається з біоценозу і її біотопу. Основу функціонування екосистеми, як і біосфери, становить кругообіг речовин.

Поняття "екосистема" є більш загальним, понятійним, за­пропоноване англійським ученим Тенслі в 1935 році. Терміни "екосистема" і "біогеоценоз" майже однозначні. Відмінність полягає в тому, що біогеоценоз — це конкретна ділянка території, зайнята певним рослинним угрупованням із відповідним тваринним світом та мікроорганізмів, певним типом грунтів і відповідними іншими умовами середовища. Кожен біоценоз, відокремлений від інших. Межі біогеоценозу визначає рослинне угрупування. Поняття про біогеоценози сформулював академік . Він визначив біогеоценози як ділянки земної поверхні з більш-менш однорідними умовами, складом рослинності, тваринного світу й мікроорганізмів. Структурними групами їх є біотоп і біоценоз.

Біотоп — це середовище існування з певним комплексом абіотичних факторів.

Біоценоз складається з фітоценозу (сукупності певних видів рослин), зооценозу (пов'язані з рослинами відповідні види тварин) та мікробіоце-нозу (види водоростей, ґрунтових безхребетних тварин, грибів, бактерій). Біоценоз активно взаємодіє з біотопом.

Організми, що входять у склад біоценозу (чи іншої екосистеми) зв'язані між собою ланцюгом живлення. За типом живлення виділяють такі групи.

1. Продуценти (автотрофи) — зелені рослини, які і процесі фотосин­
тезу синтезують органічні речовини, використовуючи як енергетичне
джерело — сонячну (світлову) енергію.

2.Консументи — гетеротрофи, живуть за рахунок готових органіч­
них речовин та енергії, створених зеленими рослинами; це всі тварини.

3.Редуценти — живуть за рахунок енергії, яку отримують при пере­
гниванні рослинних і тваринних рештків. До цієї групи належать бакте­
рії, інші мікроорганізми, гриби.

Трофічний ланцюг складається з таких ланок: рослини — продуценти — рослиноїдні тварини — консумепти 1-го порядку —хижаки (консумеити 2-го порядку). У довгих ланцюгах живлення можуть бути хижаки другого і навіть третього порядку. Хижаки живляться рослиноїдними тваринами. У природі найдовші ланцюги живлення складається переважно ч п'яти ланок.

Трофічні зв'язки між структурними групами біоценозу можна зобра­зити у вигляді екологічної піраміди біомаси, в якій кожна ланка розта­шується на відповідному трофічному рівні.

Розподіл тварин на різних трофічних рівнях залежить від спеціалізації живлення консументів. Є тварини монофаги, поліфагії і всеїдні. Отже, ланцюги живлення тісно переплітаються, розгалужуються, утворюючії трофічну сітку. Види з широким спектром живлення можуть виступати консументами різних трофічних рівнів.

Є два ланцюги живлення:

• Ланцюг виїдання або пасовищний — починається з живих рослин,
які поїдаються рослиноїдними тваринами (капуста — заєць — лисиця).

• Детритний ланцюг— починається з відмерлих рослинних рештків —
детриту (трупи тварин або екскременти — муха — жаба — вуж — яструб).

Дуже довгі ланцюги живлення невигідні, тому що на кожному тро­фічному рівні засвоюється лише близько 10% енергії, отриманої з їжею від попереднього рівня.

Видова структура визначається кількістю видів рослин і тварин у біоценозі. Чим багатший видовий склад, тим складніші трофічні зв'язки, їх вираховують за формулою:

А = N (N –I) / 2

де: А — кількість трофічних зв'язків,

N — кількість видів живих організмів у біогеоценозі (екосистемі).

Основною групою в біоценозі є фітоценоз. За відношенням до абіотичних факторів середовища рослини у біоценозі розміщуються ярусами.

До кожного фітоценозу і його ярусів належать свої види тварин. У лісах розрізняють деревний, чагарниковий, трав'янистий і моховий або лишайниковий яруси.

В агробіоценозах, створених людиною, основними є культурні рослини, їх супутниками є бур'яни. У грунті, що обробляється багато мікроорга­нізмів та ґрунтових тварин. Агроценози створюються для задоволення потреб людини в харчах, а тварин — у кормах. їх видовий склад небагатий, період життя короткий, продуктивність у значній мірі програмується людиною.

Екологічна піраміда – графічне зображення (модель у вигляді прямокутників, поставлених один на одне) співвідношення між продуцентами, консументами й редуцентами в біогеоценозі.

Жива речовина – невідємна складова біосфери, що об’єднує всі її компоненти в єдине ціле, є її функцією і одночасно „однією з наймогутніших геохімічних сил на нашій планеті” (В. Вернадський). Кількісною оцінкою живої речовини є біомаса.

Біомаса – виражена в одиницях маси чи енергії кількість живої речовини тих чи інших організмів (популяцій, видів, окремих живих організмів, угрупувань в цілому), яка припадає на одиницю площі чи об’єму.

Щороку продукція живої речовини досягає 3,8 . 1011 т, тобто 1/8 частини існуючої.

Життєво важливим процесом біосфери є колообіг речовин (біологічні, геологічні). Зупиніться на вивченні колообігу вуглецю, води, кисню, азоту, сірки, фосфору.

Ноосфера – це сфера взаємодії суспільства й природи, у межах якої розумна діяльність є головною, визначальним чинником розвитку. У понятті ноосфера підкреслюється необхідність доцільності взаємодії людства та природи. На думку В. І.Вернадського, головна сила перетворення біосфери в ноосферу в інтересах людства – це поєднання розуму з ідеалами демократії.

Контрольні запитання

1. Біосфера, її компонентний склад та властивості.

2. Рівні організації біосфери.

3. І.Вернадського про біосферу.

4. Трансформація абіотичної глобальної екосистеми в глобальну екосистему та глобальну соціосистему.

5. Ноосфера як сучасний стан біосфери.

Практичне завдання.

Завдання. Опрацюйте розділ "Екосистеми" за програмою: Поняття про екосистеми. Структура і функціонування екосистеми. Продуценти і консументн, редуценти (деструктори). Ланцюги живлення. Трофічні й енергетичні зв'язки. Біогеоценоз як екосистема. Біотоп і біоценоз. Фіто­ценоз, зооценоз і мікробоценоз як структурні компоненти біоценозу.

Природні й антропогенно-природні біоценози. Агробіоценоз, особливо­сті структури й функціонування.

Опрацюйте відповідну літературу і дайте письмові відповіді:

Екосистема, біогеоценоз, біотоп (екотоп); фітоценоз; зооценоз; мікробоценоз; продуценти; консументи; рослиноїдні тварини (приклади); м'ясоїдні тварини (приклади); хижаки (приклади); редуценти; трофічний ланцюг і його ланки... ; ланцюг виїдання (пасовищний)... ; ланцюг детрит ний; трофічний рівень; екологічна піраміда та її трофічні рівні...; піраміда чисел; піраміда маси; піраміда енергії.

Питання для самоперевірки:

1. Що таке біосфера? Які вчені розробляли концепцію біосфери?

2. У чому полягає правило 10%?

3. Що означає принцип збалансованого природокористування?

4. Що таке „жива речовина” ? Хто ввів у вжиток це поняття?

5. Назвіть функції, які виконує жива речовина в атмосфері, гідросфері, літосфері.

6. Як запасається сонячна енергія в біосфері?

7. Назвіть трофічну, просторову, екологічну структуру біоценозу?

8. У чому полякає різниця понять „екосистема” та „біогеоценоз” ?

9. Що собою являє екологічна піраміда?

10. Чому екологічні піраміди мають лише 4-5 трофічних рівнів?

11. Що таке екосистема та біогеоценоз? Назвіть їх компоненти.

12. Назвіть основні форми біотичних відносин.

13. Обґрунтуйте роль харчових ланцюгів у розвитку основних форм біотичних відносин.

14. Назвіть основні типи взаємовідносин між організмами в екосистемі.

15. Від чого і чому залежить стійкість екосистеми?

16. Наведіть приклади (позитивні і негативні) антропогенного впливу на довкілля.

17. Як Ви ставитесь до тези: турбота про природу – це турбота про людину?

Література: основна 6, 7, 8, додаткова 1, 2, 11,

Теми рефератів

1. Абіотичні фактори середовища та адаптації до них організмів.

2. Форми біотичних взаємовіносин організмів.

3. Основні екологічні закони, прннципи і правила.

4. Принципи екологічної класифікації організмів.

5. Популяції та їх структура.

6. Біоценози та їх структура.

7. Екосистема та її функції.

8. Екологічні піраміди.

9. Біосфера - глобальиа екосистема. Колообіг речовин в біосфері як умова їх стійкост.

Рекомендована література

Основна література

1. Адаменко іальна екологія: Пiдруч. для студ. екол. спец. вищ. навч. закл. / Iн-т менеджменту та економiки.– Iвано-Франкiвськ: Сiверсiя, 1999.– 192 с.

2. Білявський Г. О., І., Навроцький екології: теорія та практикум. Навчальний посібник. – К.: Лібра, 2002. – 352 с.

3. , Лущик экологической безопасности. Учебное пособие - Симферополь: Сонат. 19с.

4. , , Некрасова основы экологии: [Учебник].– 2-е изд., перераб. и доп.– СПб.: Спец. лит., 1997.– 304 с.

5. Горелов : Учеб. пособие (для студентов вузов).– М.: Центр, 1998.– 240 с.

6. Злобін екології: Підруч. для студ. вузів України.– К.– Лібра, 1998.– 250 с.

7. , Плахоткін екології - Київ, 20с.

8. Кучерявий ія. – Львів: Світ, 2000. – 493 с.

Закони та нормативні документи

1. Екологія i закон. Екологічне законодавство України: У 2 кн. / М-во охорони навколиш. природ. середовища та ядер. безпеки України; Укр. екол. акад. наук; Фонд вiдродження Днiпра та iн.; Вiдп. ред. В. I. Андрейцев.– К.: Юрiнком Iнтер, 1998 .– В 2 Кн.

2. Об основных направлениях государственной политики Украины в области охраны окружающей среды, использования природных ресурсов и обеспечения экологической безопасности: Постановление Верховной Рады Украины от 05.03.98 г. № 188/98–ВР// Ведомости Верховной Рады Украины.– 1998.– № 38–39.– Ст. 248.

Словарі, довідники

1. Прохоров человека: Понятийно-терминол. слов. / Междунар. независимый экол.-политол. ун-т.– М.: Изд-во МНЭПУ, 1999.– 348 с.

2. Словарь-справочник по экологии / , , .– К.: Наук. думка, 1994.– 666 с.

3. Экологический словарь , , и др.– Х., 1999.– 416 с.

4. Экологический энциклопедический словарь / Неправительств. экол. фонд им. ; Науч.-ред. совет –Данильян и др. – М.: Ноосфера, 1999.– 932 с.

Додаткова література для поглибленого вивчення

1. Биосфера. - М.: Мысль, 19с.

2. В. Урбоэкология: Конспект лекций / Междунар. независимый экол.-политол. ун-т.– М.: Изд-во МНЭПУ, 1999.– 208 с.

3. А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды / М.: Аспект–Пресс. – 1998.

4. Дьомкiн до екологічної полiтики / Нац. ун-т «Києво-Могилян. акад».– К.: Тандем, 2000.– 194 с.

5. Екологічне управління: Підручник /, ін, Г. О.Білявський та ін.. – К.: Либідь, 2004. – 432 с.

6. Котюк В. Основи екологічного законодавства // Б-ка «Закон і бізнес».– 1999.– 10 квіт.– С. 14.

7. І. Основи окологічного права України. - К.: 19с.

8. Історія біосфери Землі. Кн. 1 - К-: Заповіт, 19с.

9. Історія біосфери Землі. - К.: Заповіт, кн. 2, 19с.

10. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2 кн. / Пер. с англ. , , .– М.: Мир, 1993.– Т. 1.– 420 с.– Т. 2.– 330 с.

11. Экология, в 2-х т. –М.: Мир, 1986.

12. Экология города: Учеб. для студентов вузов / Под общ. ред. ­берга.– К.: Либра, 2000.– 464 с.