Основные понятия и законы экологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Экология как наука сформировалась лишь в середине прошлого столетия, после того, как были накоплены сведения о многообразии живых организмов на Земле, об особенностях их образа жизни. Возникло понимание, что не только строение и развитие организмов, но и взаимоотношения их со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые заслуживают специального и тщательного изучения. Среди других отрицательных примеров влияния транспорта на окружающую среду можно назвать: загрязнение воздуха выхлопными газами и мельчайшими твёрдыми частицами, загрязнение грунтовых вод токсичными стоками с автодорог, автомоек и стоянок автотранспорта, шумовое загрязнение, потеря городского жизненного пространства (до 50 % площади современных городов отводится на дороги, парковки, гаражи и заправочные станции) и разрастание пригородов, которые поглощают места обитания диких животных и сельскохозяйственные земли. Системный подход в экологии обусловил формирование Целого направления, ставшего ее самостоятельной отраслью -- системной экологией. Системный подход -- это направление в методологии познания объектов как систем. Система -- это множество взаимосвязанных элементов, образующих определенную целостность, единство. Ее состав, структуру и свойства изучают посредством системного анализа, являющегося основой системного подхода и представляющего собой совокупность методологических средств, используемых для решения сложных научных проблем. В эту совокупность средств входит комплекс методов: от простых описательных логических до весьма сложных математических. Технической основой системного анализа являются современные ЭВМ и информационные системы с широким использованием методов математического программирования, теории игр и т. д.



1. Экологическое воздействие транспортных систем

окружающий среда экологический экосистема

Транспорт, энергия и окружающая среда

Транспорт -- один из основных потребителей энергии и один из главных источников выбросов двуокиси углерода, парникового газа, усиливающего глобальное потепление. Причина этого -- сжигание огромных объёмов ископаемых видов топлива (в основном нефтепродуктов, таких как бензин, керосин и дизельное топливо) в двигателях внутреннего сгорания наземных, воздушных и водных транспортных средств.

Среди других отрицательных примеров влияния транспорта на окружающую среду можно назвать: загрязнение воздуха выхлопными газами и мельчайшими твёрдыми частицами, загрязнение грунтовых вод токсичными стоками с автодорог, автомоек и стоянок автотранспорта, шумовое загрязнение, потеря городского жизненного пространства (до 50 % площади современных городов отводится на дороги, парковки, гаражи и заправочные станции) и разрастание пригородов, которые поглощают места обитания диких животных и сельскохозяйственные земли.

Общественный транспорт и безмоторные виды транспорта (например, пеший ход или велосипед) считаются более «экологичными», так как их вклад в перечисленные проблемы значительно меньше либо вовсе нулевой. Транспортные средства с электрическим приводом (например, электропоезда или гибридные автомобили) считаются более «климатически нейтральными», чем их аналоги на ископаемом топливе.

К основным направлениям экологизации объектов транспорта следует отнести:

разработку и применение технологических процессов и производственного оборудования, оказывающих минимальное вредное влияние на природу, сберегающих природные ресурсы;

создание замкнутых систем водопользования, систем рекуперации воздуха, рациональных форм сбора, хранения и обезвреживания токсичных отходов;

оптимизация потребления ресурсов путем создания безотходных и малоотходных технологий и комплексного использования материальных ресурсов и энергии;

рациональное использование земли, водных бассейнов, ландшафтов, сбережение растительного и животного мира; рациональное использование природных топливных ресурсов;

энергия солнца, ветра, термальных подземных вод; * -- создание на каждом производстве средств защиты окружающей среды (воды, воздуха, почв) от различных видов загрязнений;

вторичное использование отходов для нужд производства, а также их переработка для использования населением в хозяйственно-бытовой деятельности;

создание зон озеленения для нормализации атмосферного воздуха.

Взаимодействие объектов железнодорожного транспорта с окружающей средой

Характер воздействия транспорта на окружающую среду определяется составом техногенных факторов, интенсивностью их воздействия, экологической весомостью воздействия на элементы природы. Техногенное воздействие может быть локальным от единичного фактора или комплексным от группы различных факторов, характеризующихся коэффициентами экологической весомости, которые зависят от вида (механическое, тепловое, биологическое, химическое, электромагнитное и др.) воздействия, их характера (кратковременное, долговременное), объекта воздействия (строительство, функционирование железных дорог). Для оценки уровня воздействия объектов транспорта на экологическое состояние природы используют следующие интегральные характеристики:

абсолютные потери окружающей среды, выражаемые в конкретных единицах измерения состояния биоценозов (флоры, фауны, людей);

компенсационные возможности экосистем, характеризующие их восстанавливаемость в естественном или искусственном режиме, создаваемом принудительно;

опасность нарушения природного баланса, возникновение неожиданных потерь и локальных экологических сдвигов, которые могут вызвать экологический риск и кризисные ситуации в окружающей природной среде;

Любое воздействие объектов транспорта на природу вызывает ответную реакцию, которая проявляется в следующих формах: адаптационной - с локальным или статическим смещением равновесия; восстанавливающейся или самовосстанавливающейся, характеризующейся полным возвратом экосистемы в исходное состояние; частично восстанавливающееся, когда экосистема восстанавливает только часть своих свойств и характеристик; невосстанавливаемой, когда в экосистеме образуются необратимые сдвиги от исходного ее состояния.

Успешное функционирование и развитие железнодорожного транспорта зависят от состояния при родных комплексов и наличия природных ресурсов, развития инфраструктуры искусственной среды, социально-экономической среды общества. При этом с каждым из элементов системы железнодорожного транспорта имеются прямые и обратные связи, а также определенные ограничения по использованию природных комплексов, природных, трудовых и финансовых ресурсов.

Каждый элемент системы имеет прямые и обратные связи друг с другом. При развитии и функционировании объектов железнодорожного транспорта следует учитывать свойства природных комплексов -- многосвязность, коммутативность (переместимость), аддитивность, инвариантность, устойчивость, многофакторную корреляцию.

Многосвязность выражается в разнохарактерном (физическом, химическом, биологическом, техногенном и антропогенном) воздействии транспорта на природу, которое может вызвать в ней трудно учитываемые изменения.

Аддитивность -- это возможность многопараметрического сложения различных источников техногенного и антропогенного воздействий на природу, что может привести к непредсказуемым изменениям в природе.

Инвариантность является свойством экосистем сохранять стабильность в границах регламентированных техногенных и антропогенных воздействий.

Устойчивость -- способность экосистем сохранять исходные параметры при естественном, техногенном, антропогенном воздействиях.

Многофакторная корреляция характеризует экосистемы с позиций их предопределенности к случайным и неслучайным событиям с аналитическими связями между ними.

Железнодорожный транспорт постоянно воздействует на природную среду. Уровень воздействия может лежать в допустимых равновесных и кризисных границах.

Воздействие объектов железнодорожного транспорта на природу обусловлено строительством дорог, производственно-хозяйственной деятельностью предприятий отрасли, эксплуатацией железных дорог и подвижного состава, сжиганием большого количества топлива, применением пестицидов на лесных полосах и др.

Объекты железнодорожного транспорта потребляют большое количество различных видов топлива (угля, газа, дизельного топлива, бензина и др.), используемого для обеспечения производственных процессов, отопления и работы подвижного состава. Количество топлива, потребляемого подвижным составом, зависит от вида используемых энергетических установок, их мощности, режимов работы, технического состояния.

Факторы воздействия объектов железнодорожного транспорта на окружающую среду можно классифицировать по следующим признакам: механические (твердые отходы, механическое воздействие на почвы строительных, дорожных, путевых и других машин);

физические (тепловые излучения, электрические поля, электромагнитные поля, шум, инфразвук, ультразвук, вибрация, радиация и др.);

Основными направлениями снижения величины загрязнений окружающей среды являются:

рациональный выбор технологических процессов для производства готовой продукции и ее транспортирования;

применение экологически чистого производственного оборудования и подвижного состава, своевременное их обслуживание и ремонт;

использование средств защиты окружающей среды и поддержание их в исправном состоянии.

Экологические требования к объектам железнодорожного транспорта

Наиболее опасными с экологической точки зрения объектами железнодорожного транспорта являются промывочно-пропарочные пункты для наливного подвижного состава, пункты дезинфекции вагонов для перевозки животных и биологически опасных веществ, шпалопропиточные и щебеночные заводы, локомотивные и вагонные депо, подвижной состав, перевозящий нефтепродукты и взрывчатые вещества, пункты отстоя подвижного состава и др.

Место строительства определяется в соответствии с перспективами развития отрасли и требованиями законов о земле. Земельные участки для размещения объектов предоставляются в порядке отвода земель государством, аренды у землепользователя, покупки в собственность. Выделение земель производится с учетом требований по рациональной организации территории и комплексного землепользования. Если земля принадлежит гражданам и юридическим лицам на правах частной собственности, ее выкупают.

Экологические требования при проектировании железных дорог и объектов могут быть сформулированы следующим образом:

под новые железные дороги и объекты следует изымать строго обоснованное количество земель с учетом минимального ущерба для сельскохозяйственных угодий;

плодородный слой почв должен сниматься, храниться и использоваться для восстановления нарушенных земель;

нарушенные земли при размещении и строительстве должны подвергаться технической и биологической рекультивации;

недопустимы разрушение достопримечательных памятников природы, исторических памятников и охраняемых ландшафтов, вырубка лесов.

Нарушение экологических требований влечет за собой приостановку строительства до устранения выявленных недостатков по предписанию органов по охране окружающей среды, санитарно-эпидемиологического надзора с одновременным прекращением финансирования строительных работ соответствующим банком.

Аварии на объектах железнодорожного транспорта чаще всего происходят по следующим причинам: низкое качество изысканий и ошибки при проектировании -- 8 %; низкое качество производства строительных работ -- 15 %; нарушение правил эксплуатации оборудования и сооружений -- 64 %; прочие причины -- 13 %.

Большинство отходов (таких, как отработанные масла и кислоты) перерабатываются химической промышленностью, используются вторично. Шины и их составляющие (камеры, покрышки) также отправляются на переработку (они сжигаются или перерабатываются химической промышленностью: резина измельчается и разлагается при высокой температуре на газ, жидкое топливо, углеродосодержащий остаток и корд; также существуют механические методы утилизации шин, при которых резина измельчается, а затем используется в различных резиновых производствах и добавляются в асфальт).

2. Экологическая обстановка в районах сельскохозяйственной деятельности

Поселок городского типа Новоаганск расположен на правом берегу р.Аган, в 250 км севернее г. Нижневартовска. Поселок основан в мае 1966 года, развивался благодаря Аганской нефтегазоразведочной экспедиции.

Из объектов хозяйственной деятельности, ЖКХ и отдыха населения, оказывающих воздействие на компоненты природной среды, в поселке расположены: 3 газовых и 6 нефтяных котельных (законсервированы), склады горюче-смазочных материалов (далее - ГСМ), водопроводные очистные сооружения (далее - ВОС) и водопроводный очистной комплекс (далее - ВОК) с артезианскими скважинами, канализационные очистные сооружения 200 м3/сут. (далее - КОС), КОС-600 м3/сут., парк, пляж и 2 оборудованных места отдыха на р. Агане. В южной части поселка находится полигон твердых бытовых отходов (далее - ТБО).

Село Варьеган - национальное поселение, расположено в 8-ми км севернее пгт. Новоаганска, на правом берегу р. Агана.

Из объектов хозяйственной деятельности и ЖКХ, оказывающих воздействие на компоненты природной среды, в селе расположены: нефтяная котельная, склад ГСМ, ВОК с артезианскими скважинами, КОС-100 м3/сут. Отопление жилых домов печное.

Часть поселка располагается на территории Рославльского месторождения, объектов нефтедобычи вблизи нет

Городское поселение Излучинск

Поселок городского типа Излучинск расположен в 17 км восточнее г.Нижневартовска в излучине р. Вах, образован в 1988 году в связи со строительством Нижневартовской ГРЭС. В настоящее время Излучинск представляет собой современный поселок городского типа с многоэтажными домами со всеми удобствами, с благоустроенными улицами, парками и скверами

Из объектов хозяйственной деятельности, ЖКХ и отдыха населения, оказывающих воздействие на компоненты природной среды, в поселке расположены: 2 газовые котельные, ВОС с артезианскими скважинами, КОС-17000 м3/сут., два плавательных бассейна. Сброс очищенных сточных вод с КОС производится в р. Вах.

В границах поселка находится Нижневартовская ГРЭС, а также проходят магистральные нефтепровод «Самотлор-Александровское» и магистральный газопровод «Нижневартовский ГПЗ - Парабель».

Поселок расположен на территории трех месторождений. Вблизи поселка располагаются кустовые площадки Самотлорского, Нижневартовского и Советского месторождений, а также производственные базы и ДНС-17 Самотлорского месторождения и ДНС-14 Советского месторождени

Село Большетархово расположено в 50 км северо-восточнее г.Нижневартовска, на левом берегу р. Вах. Первое поселение состояло из хантыйских родовых поселений - юрт Сороминых, Натускиных, Сигильетовых, Тарховских. Как административная единица, село было образовано в апреле 1928 года. Село состоит в основном из домов одноэтажной застройки.

Из объектов хозяйственной деятельности и ЖКХ, оказывающих воздействие на компоненты природной среды, в селе расположены: одна нефтяная котельная, дизельная электростанция (аварийная), ВОК с артезианскими скважинами. Отопление жилых домов печное. В 1,5 км от села расположен полигон ТБО.

В 1,6 км от села проходит магистральный продуктопровод «Губкинский ГПЗ - Нижневартовский ГПЗ - Южно-Балыкский ГПЗ - Тобольский НХК».

Сельское поселение Аган

Поселок Аган расположен в западной части района, в 110 км северо-западнее г. Нижневартовска, на левом берегу р. Агана.

Из объектов хозяйственной деятельности и ЖКХ, оказывающих воздействие на компоненты природной среды, в селе расположены: нефтяная котельная, склад ГСМ, дизельная электростанция (аварийная), емкости с дизтопливом, ВОК с артезианскими скважинами, КОС-200 м3/сут. (не действуют, необходима реконструкция с меньшей мощностью).

Поселок расположен на территории Нивагальского нефтяного месторождения, около него находятся несколько кустовых площадок, ближайшая КП-547 - вблизи поселка на расстоянии 625 м. В 1,5 км южнее поселка находится Лас-Еганское месторождение. В 1,8 км к востоку от поселка проходит нефтепровод «Повх - Покачи - Урьевская».

Сельское поселение Ларьяк

Село Ларьяк расположено в 200 км восточнее г. Нижневартовска в правобережье р. Вах, на острове, образовавшемся между протоками и старицами р. Вах и устьем р. Сабун, основано в 1816 году.

В настоящее время Ларьяк - красивое современное село, постоянно развивается, в нем строятся новые кирпичные и панельные дома.

Из объектов хозяйственной деятельности, ЖКХ и отдыха населения, оказывающих воздействие на компоненты природной среды, в селе расположены: нефтяная котельная, аэропорт со взлетной полосой и вертолетной площадкой, склад ГСМ, ВОК с артезианскими скважинами, сквер.

Отопление жилых домов печное. На окраине села размещается установка для сжигания ТБО.

Село Корлики - национальное поселение, самое отдаленное село Нижневартовского района, расположено в 125 км северо-восточнее с Ларьяка на правом берегу р. Корлик, левобережном притоке р. Вах.

Из объектов хозяйственной деятельности и ЖКХ, оказывающих воздействие на компоненты природной среды, в селе расположены: 4 дизельные электростанции (аварийные), склад ГСМ, 3 котельные (работающие на дровах), аэропорт с вертолетной площадкой, ВОК с артезианскими скважинами. В жилых домах печное отопление.

Деревня Большой Ларьяк - национальная деревня, расположена в правобережье Ваха на берегу пр. Большой Посал, в 30 км восточнее с. Ларьяка.

Из объектов хозяйственной деятельности, оказывающих воздействие на компоненты природной среды, в деревне находится вертолетная площадка. В жилых домах печное отопление.

Деревня Пугъюг расположена на левом берегу р. Ваха, в 22 км ниже по течению от с. Ларьяк. Из объектов хозяйственной деятельности, оказывающих воздействие на компоненты природной среды, в деревне находятся: электростанция и емкость с дизельным топливом V=80 м3. В жилых домах печное отопление.

Деревня Сосновый Бор находится на левом берегу старицы р. Сабуна (правобережного притока р. Ваха), в 66 км северо-восточнее с. Ларьяка. Из объектов хозяйственной деятельности, оказывающих воздействие на компоненты природной среды, в деревне находятся: дизельная электростанция (аварийная), 2 емкости с дизельным топливом V=80 м3 и вертолетная площадка. В жилых домах печное отопление.

Поселок расположен на территории Западно-Аригольского нефтяного месторождения (вблизи поселка находится КП-17), в 1,2 км южнее находится граница лицензионного участка Максимкинского месторождения, в 125 м -граница лицензионного участка Вахского месторождения.

В 0,8 км от поселка проходит коридор коммуникаций с УПН Аригольского месторождения на УПН Вахского месторождения, включающий газо- и нефтепроводы.



3. Основные понятия и законы экологии

Экология - это наука о взаимоотношениях живых существ между собой и с окружающей их неорганической природой, о связях в надорганизменных системах, о структуре и функционировании этих систем.

Экология как наука сформировалась лишь в середине прошлого столетия, после того, как были накоплены сведения о многообразии живых организмов на Земле, об особенностях их образа жизни. Возникло понимание, что не только строение и развитие организмов, но и взаимоотношения их со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые заслуживают специального и тщательного изучения.

Термин «экология» ввел известный немецкий зоолог Э. Геккель, который в своих трудах «Всеобщая морфология организмов» и «Естественная история миротворения» впервые попытался дать определение сущности новой науки. Слово «экология» происходит от греческого «oikos», что означает «жилище», «местопребывание», «убежище».

Как и любая наука, экология выявляет закономерности протекания изучаемых процессов и формулирует их в виде кратких логических и проверенных практикой положений - законов.

Основные законы экологии:

· Закон незаменимости биосферы: биосфера - это единственная система, обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

· Закон биогенной миграции атомов (В.И.Вернадского): миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом осуществляется при непосредственном участии живого вещества - биогенная миграция.

· Закон физико-химического единства живого вещества: общебиосферный закон - живое вещество физико-химически едино; при всей разнокачественности живых организмов они настолько физико-химически сходны, что вредное для одних не безразлично для других (например, загрязнители).

· Принцип Реди: живое происходит только от живого, между живым и неживым веществом существует непроходимая граница, хотя и имеется постоянное взаимодействие.

· Закон единства «организм - среда»: жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потока энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов.

· Закон однонаправленности потока энергии: энергия, получаемая сообществом и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой передается консументам, а затем редуцентам с падением потока на каждом трофическом уровне; поскольку в обратный поток (от редуцентов к продуцентам) поступает ничтожное количество изначально вовлеченной энергии (максимум 0,35%) говорить о «круговороте энергии» нельзя; существует лишь круговорот веществ, поддерживаемый потоком энергии.

· Закон необратимости эволюции Л. Долло: организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков, даже вернувшись в среду их обитания.

· «Законы» экологии Б. Коммонера: 1) все связано со всем; 2) все должно куда-то деваться; 3) природа «знает» лучше; 4) ничто не дается даром.

Из закона всеобщей связи («все связано со всем») вытекает несколько следствий:

Закон больших чисел - совокупное действие большого числа случайных факторов приводит к результату, почти не зависящему от случая, то есть имеющему системный характер. Так, мириады бактерий в почве, воде, в телах живых организмов создает особую, относительно стабильную микробиологическую среду, необходимую для нормального существования всего живого. Или другой пример: случайное поведение большого числа молекул в некотором объеме газа обусловливает вполне определенные значения температуры и давления.

Закон оптимальности - любая система функционирует с наибольшей эффективностью в некоторых характерных для нее пространственно-временных пределах.

Любые системные изменения в природе оказывают прямое или опосредованное воздействие на человека - от состояния индивидуума до сложных общественных отношений.

Из закона сохранения массы вещества («все должно куда-то деваться») вытекают по меньшей мере два постулата, имеющих практическое значение.

Закон развития системы за счет окружающей ее среды гласит: любая природная или общественная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды. Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.

Закон неустранимости отходов или побочных воздействий производства, согласно которому образующиеся в процессе производственной деятельности отходы неустранимы бесследно, они могут быть лишь переведены из одной формы в другую или перемещены в пространстве, а их действие может быть растянуто во времени. Этот закон исключает принципиальную возможность безотходного производства и потребления в современном обществе. Материя не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую, оказывая влияние на жизнь.

Из этого закона следуют:

закон необратимости эволюции (однонаправленности развития): большие системы эволюционируют только в одном направлении - от простого к сложному; инволюция, регресс могут относиться только к отдельным частям или отдельным периодам развития системы;

правило ускорения эволюции: с ростом сложности организации систем темпы эволюции возрастают. Это правило в равной степени может быть отнесено и к сменяемости видов в эволюции органического мира, и к человеческой истории, и к развитию техники.

Еще одно следствие закона «ничто не дается даром» - не существует бесплатных ресурсов: пространство, энергия, солнечный свет, вода, какими бы неисчерпаемыми они ни казались, неукоснительно оплачиваются любой расходующей их системой.

Принцип «природа знает лучше» определяет прежде всего то, что может и что не должно иметь места в биосфере. Все в природе - от простых молекул до человека - прошло жесточайший конкурс на право существования. Сегодня планету населяет лишь одна тысячная часть испытанных эволюцией видов растений и животных. Главный критерий этого эволюционного отбора - вписанность в глобальный биотический круговорот, заполненность всех экологических ниш. У любого вещества, выработанного организмами, должен существовать разлагающий его фермент, и все продукты распада должны вновь вовлекаться в круговорот. С каждым биологическим видом, который нарушал этот закон, эволюция рано или поздно расставалась.

«На всех не хватит» - источник всех форм конкуренции, соперничества и антагонизма в природе и, к сожалению, в обществе. И сколько бы ни считали классовую борьбу, расизм, межнациональные конфликты чисто социальными явлениями - все они своими корнями уходят во внутривидовую конкуренцию, принимающую иногда гораздо более жестокие формы, чем у животных. Существенное различие в том, что в природе в результате конкурентной борьбы выживают лучшие, а в человеческом обществе - это отнюдь не так.

· закон социально-экологического равновесия (необходимости сохранения равновесия между давлением на среду и восстановлением этой среды, как природным, так и искусственным);

· принцип культурного управления развитием (наложение ограничений на экстенсивное развитие, учет экологических ограничений);

· правило социально-экологического замещения (необходимость выявления путей замещения человеческих потребностей);

Соблюдение этих законов возможно при условии осознания человечеством своей роли в механизме поддержания стабильности биосферы. Известно, что в процессе эволюции сохраняются только те виды, которые способны обеспечивать устойчивость жизни и окружающей среды. Только человек, используя силу своего разума, может направить дальнейшее развитие биосферы по пути сохранения дикой природы, сохранения цивилизации и человечества, создания более справедливой социальной системы, перехода от философии войны к философии мира и партнерства, любви и уважения к будущим поколениям. Все это составляющие нового биосферного мировоззрения, которое должно стать общечеловеческим.

Главнейшие принципы экологии - с одной стороны системный подход, объединяющий организмы со средой обитания, с другой стороны функциональная интеграция, разбивающая систему на уровни организации жизни. Принцип функциональной интеграции, согласно которому при усложнении структуры возникают дополнительные свойства, позволяет применить данные, полученные при изучении какого-либо уровня, для изучения другого уровня.

Принципы экологии зиждутся на основных положениях, общий смысл которых, заключается в том, что каждый элемент изучаемой системы, являясь частью целостности, может рассматриваться и как отдельная система, его свойства при этом не являются определяющими для всей системы, но непрерывный (не изолированный) характер взаимоотношений его с другими элементами, определяет сущность этой системы. Среда обитания воздействует на организм, через комплекс экологических факторов, создавая условия жизни.



4. Моделирование в экологии

Системный подход в экологии обусловил формирование Целого направления, ставшего ее самостоятельной отраслью -- системной экологией. Системный подход -- это направление в методологии познания объектов как систем. Система -- это множество взаимосвязанных элементов, образующих определенную целостность, единство. Ее состав, структуру и свойства изучают посредством системного анализа, являющегося основой системного подхода и представляющего собой совокупность методологических средств, используемых для решения сложных научных проблем. В эту совокупность средств входит комплекс методов: от простых описательных логических до весьма сложных математических. Технической основой системного анализа являются современные ЭВМ и информационные системы с широким использованием методов математического программирования, теории игр и т. д.

Основными системными принципами являются: целостность, структурность, взаимозависимость системы и среды, иерархичность, множественность описания каждой системы. Целостность -- обобщенная характеристика системы, свойства которой несводимы к сумме свойств ее элементов и не выводимы из этих свойств (целостность организмов более пол­ной будет в популяции, популяции -- в биоценозе и т. д., и свойства каждой системы несводимы к свойствам нижестоящих). Структурность -- установление структуры и взаимо­зависимости структурных элементов, обусловленности поведения системы ее структурой (структура биоценоза, трофическая структура экосистемы и установление измеримых связей между трофическими уровнями, и др.). Взаимозависимость системы и среды выражается в формировании и проявлении ее свойств в результате их взаимодействия (взаимодействие биоценоза и биотопа, популяций в биоценозе и т. п.). Иерархичность -- это когда каждый компонент системы может рассматриваться как самостоятельная система, а сама исследуемая система является составной частью более широкой системы (уровни биологической организации, вплоть до глобальной системы -- биосферы).

Экосистемы -- это весьма сложные самоорганизующиеся и целенаправленные, со сложной иерархической структурой системы, требующие множественного описания каждой сис­темы, что требует построения множества моделей, т. е. широкого использования методов моделирования при исследовании.

Построение обобщенных моделей, отражающих все факторы и взаимосвязи в системе, является центральной процедурой системного анализа. Понятие «модель» широко используется, например, на бытовом уровне: модель самолетов, кораблей, автомобилей и т. п. Если эти модели не действующие, то они отражают только морфологические особенности, объекта, но уже знание этих особенностей позволяет человеку, если он раньше не видел оригинал, узнать этот оригинал по модели. Иными словами, лишь часть свойств объекта позволяет судить об объекте в целом, в данном случае -- о форме объекта. Нечто похожее происходит и при научных исследованиях.

Традиционная схема научного исследования: исследователь -- объект. Здесь исследователь получает информацию путем непосредственного изучения объекта. Например, биолог изучает видовой состав фитопланктона под микроскопом. Но такое возможно лишь на достаточно простых объектах, но не при исследовании целостной структуры экосистемы, взаимо­действия ее компонентов и т. п. В этом случае необходимо моделирование, при котором работает схема: исследователь -- модель -- объект изучения.

Например, чтобы получить представление об энергетических потоках в экосистеме, необходимо представить себе модель в виде пирамиды энергий или хотя бы пирамиды Элтона ит. п. Здесь появляется промежуточный (вспомогательный) объект изучения -- модель.

Модель -- это вспомогательный объект, находящийся в определенном объективном соответствии с познаваемым оригиналом и способный замещать его на отдельных этапах по­знания. Моделирование -- это разработка, исследование модели и распространение модельной информации на оригинал (Лиепа, 1982). Модель должна соответствовать двум требованиям: 1) она Должна отражать лишь те особенности оригинала, которые выступают в качестве предмета познания, и 2) она должна быть адекватна оригиналу (иначе представления о нем будут искажены). Сам процесс моделирования, по И. Я. Лиепа (1982), можно разделить на четыре этапа: качественный анализ, математическая реализация, верификация и изучение моделей.

Первый этап моделирования -- качественный анализ является основой любого объектного моделирования. Нашего основе формируются задачи и выбирается вид модели. Этот этап обязан обеспечить соответствие модели двум вышеуказанным требованиям. Вид модели выбирается исходя из способа построения, из характера самого объекта и др.

По способу построения все модели делят на два класса: материальные и абстрактные. Материальные модели по своей физической природе сходны с оригиналом. Они могут сохранить геометрическое подобие оригиналу (макеты, тренажеры, искусственные заменители органов и т. д.), подобие протекания физических процессов -- физическое моделирование (гидрологическая модель -- течение воды и т. п.) и могут быть природными объектами -- прообразами оригинала, т. е. натурными моделями (метод пробных участков). Материальные модели используются обычно в технических целях и мало подходят для экологических проблем. особенности оригинала. Абстрактные модели подразделяются на три типа: вербальные, схематические и математические.

Вербальные модели -- это формализованный вариант традиционного естественнонаучного описания в виде текста, таблиц и иллюстраций (Федоров, Гильманов, 1980). Схематиче­ские модели разрабатываются в виде различного рода схем, рисунков, графиков и фотографий, основные их достоинства -- наглядность, информативность и простота построения (трофические цепи, пирамида Элтона, схемы структуры, Динамики и энергетики экосистем, воздействия экологических факторов, биохимических круговоротов и др.).

По своему характеру выделяют модели статические и динамические. Статическая модель отражает объект (систему), не изменяющий свое состояние во времени, а динамическая модель отражает объект (систему), изменяющий свое состояние во времени.

Второй этап моделирования -- это математическая реализация логической структуры модели. С точки зрения технологии применения математических методов можно выделить модели аналитические и численные (компьютерские). Аналитическая модель --- это построение теоретических концепций с применением строгого математического аппарата, обычно позволяющего вывести общую формульную зависимость. Компьютерские модели П. М. Брусиловский, Г. С. Розенберг (1981) делят на имитационные и самоорганизующиеся.

Третий этап моделирования предусматривает верификацию модели: проверку соответствия модели оригиналу. На Данном этапе необходимо удостовериться, что выбранная модель отвечает второму требованию: адекватно отражает особенности оригинала. Для этого может быть проведена эмпирическая проверка -- сравнение полученных данных с результатами наблюдений за оригиналом. Модель может быть признана высококачественной, если прогнозы оправдываются При отсутствии эмпирических данных проводится теоретическая верификация -- по теоретическим представлениям определяется область применения и прогностические возможности модели.

Четвертый этап моделирования -- это изучение модели экспериментирование с моделью и экологическая интерпретация модельной информации. Основная цель этапа -- выявление новых закономерностей и исследование возможностей оптимизации структуры и управление поведением моделируемой системы, а также пригодность модели для прогнозирования.

При построении любой модели главная задача -- создать модель достаточной полноты. Для этого необходимо стремиться учесть все существенные факторы, влияющие на рассматриваемые явления; уделить специальное внимание наличию в ней противоречивых элементов, как одного из признаков полноты модели; учесть возможность появления неизвестных факторов, чтобы в случае необходимости дополнить модель новым элементом.

5.Структура и функции экосистем

Структура экосистем. С точки зрения трофической структуры экосистему можно разделить на два яруса - автотрофный и гетеротрофный.

Верхний автотрофный ярус, или "зеленый пояс", включающий растения или их части, содержащие хлорофилл, где преобладают фиксация энергии света, использование простых неорганических соединений и накопление сложных органических соединений.

Нижний гетеротрофный ярус, или "коричневый пояс" почв и осадков, разлагающихся веществ, корней и т. д., в котором преобладают использование, трансформация и разложение сложных соединений.

С биологической точки зрения в составе экосистемы удобно выделить следующие компоненты: 1) неорганические вещества, 2) органические вещества, 3) воздушную, водную и субстратную среду, 4) продуцентов, 5) макроконсументов, 6) микроконсументов.

1. Неорганические вещества (CO2, HO2, N2, O2, минеральные соли и др.), включающиеся в круговороты.

2. Органические вещества (белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и др.), связывающие биотическую и абиотическую части.

3. Воздушная, водная и субстратная среда, включающая абиотические факторы.

4. Продуценты - автотрофные организмы, способные производить органические вещества из неорганических, используя фотосинтез или хемосинтез (растения и автотрофные бактерии).

5. Консументы (макроконсументов, фаготрофы) - гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов (животные, гетеротрофные растения, некоторые микроорганизмы). Консументы бывают первого порядка (фитофаги, сапрофаги), второго порядка (зоофаги, некрофаги) и т. д.

6. Редуценты (микроконсументы, деструкторы, сапротрофы, осмотрофы) - гетеротрофные организмы, питающиеся органическими остатками и разлагающие их до минеральных веществ (сапротрофные бактерии и грибы).

Следует учитывать, что и продуценты, и консументы частично выполняют функции редуцентов, выделяя в окружающую среду минеральные вещества - продукты их метаболизма.

Таким образом, как правило, в любой экосистеме можно выделить три функциональные группы организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

Структура экосистемы достаточно полно проявляется на примере биогеоценоза, все компоненты которого тесно связаны между собой единством территории, общим потоком энергии (от Солнца к автотрофам и от них к гетеротрофам), обменом биогенных химических элементов, сезонными колебаниями климатических условий, численностью и взаимной приспособленностью видов всех уровней организации.

Биоценозы, в отличие от биогеоценоза, включат только взаимосвязные между собой живые организмы, обитающие в данной местности. Биоценоз - это, по сути, система популяций, населяющих тот или иной экотоп (от греч. topos - место).

Биоценозы - группировки живых организмов, находящихся в стабильном равновесии, устойчивые во времени. Они характеризуются:

1) видовым разнообразием - числом видов растений, животных и других организмов (микробов, грибов), образующих биоценоз;

2) плотностью популяций - числом особей каждого вида в данном биоценозе;

3) биомассой - общим количеством живого органического вещества, выраженного в единицах массы.

Из многих сходных по своей биологии видов одного биоценоза (или экосистемы) обычно лишь немногие (5-10%) составляют основную часть - как правило, 4/5 биомассы данной группы. Виды, количественно преобладающие в данном сообществе, называются видами-доминантами. Они имеют высокую плотность популяций, что свидетельствует об их оптимальной приспособленности к данному биоценозу. Кроме того, для вида как структурного элемента биоценоза решающее значение имеет не его систематическое положение, а так называемая жизненная форма, т. е. внешний облик организма, отражающий его приспособленность к условиям среды. Например, у растений жизненными формами являются деревья, кустарники, лианы, травы и т. д. Пространственная структура биоценоза проявляется в закономерном размещении разных видов относительно друг друга на занимаемой территории. Все виды в биоценозе расположены на различных ярусах. Соответственно расчлененность биоценоза на горизонты, слои и т. п. носит название ярусности.

Наиболее развита пространственная структура в лесных биоценозах. Вертикальная структура типичного сообщества хвойного леса умеренной зоны включает несколько ярусов.

1. Древесный ярус. Здесь произрастают сосна и лиственные деревья - береза и осина. В этом ярусе обитает свыше 1000 видов насекомых, жизнедеятельность которых тесно связана с деревьями, многие виды птиц, а также млекопитающие.

2. Кустарниковый ярус представлен калиной обыкновенной, крушиной, боярышником, шиповником, некоторыми видами птиц и млекопитающих, многими видами насекомых.

3. Травянистый ярус. Здесь можно встретить травы, невысокие лесные растения, полукустарники, кустарники, подрост деревьев, папоротники, мхи и лишайники. В травянистом ярусе и приземном слое обитает множество беспозвоночных: пауки, мухи, жуки, бабочки, пчелы, осы, комары, муравьи и др. На земле устраивают свои гнезда глухарь, тетерев, вальдшнеп.

4. Подстилка. В данном ярусе расположены мертвые и разлагающиеся организмы. Здесь обитают редуценты: беспозвоночные животные, грибы и бактерии.

5. Почва. Ярус богат корнями растений. Они служат местом зимовки для многих беспозвоночных. Среди постоянных обитателей яруса можно выделить дождевых червей, гусениц, личинок насекомых, мокриц, ногохвосток, а из млекопитающих кротов. В этом слое находятся и норы таких млекопитающих, как лисицы, барсуки и др.

Следует обратить внимание на то, что некоторые животные могут перемещаться из одного яруса в другой. Например, белка может кормиться на земле, а спать и выводить потомство на деревьях. Проявление ярусности встречается не только в наземных экосистемах, но и в водных. Ближе к поверхности воды обитает планктон (от греч. - блуждающий): фитопланктон - фотосинтезирующие свободно плавающие водоросли и зоопланктон - мелкие рыбы и ракообразные, личинки моллюсков и рыб, медузы. В толще вод морей и океанов нашел среду обитания нектон (от греч.- плавающий): рыбы, пресмыкающиеся (черепахи, морские змеи), млекопитающие (китообразные - дельфины и киты) и ластоногие (тюлени). Придонный слой освоили организмы, питающиеся разлагающимися остатками - бентос (от греч. - глубина): черви, моллюски, ракообразные и т. д.

Пищевые цепи и сети. Питаясь друг другом, живые организмы образуют цепи питания. Цепь питания - последовательность организмов, по которой передается энергия, заключенная в пище, от ее первоначального источника. Каждое звено цепи называется трофическим уровнем. Первый трофический уровень - продуценты (автотрофные организмы преимущественно зеленые растения). Второй трофический уровень - консументы первого порядка (растительноядные животные и паразиты продуцентов). Третий трофический уровень - консументы второго порядка (первичные хищники, питающиеся растительноядными животными, и паразиты первичных консументов). Четвертый трофический уровень - консументы третьего порядка (вторичные хищники, питающимися плотоядными животными, и паразиты вторичных консументов). В пищевой цепи редко бывает больше 4-5 трофических уровней. Последний трофический уровень - редуценты (сапротрофные бактерии и грибы). Они осуществляют минерализацию - превращение органических остатков в неорганические вещества. Редуценты могут представлять собой трофический уровень, начиная со второго.



Заключение

Вопрос о том, как эволюционируют экосистемы, очень важен, поскольку его решение -- ключ к пониманию существующего разнообразия сообществ живых организмов на нашей планете, смены флоры и фауны в ходе ее геологической истории. В основе эволюции живых организмов лежит естественный отбор, действующий на видовом или более низких уровнях. Его можно подразделить на взаимный отбор зависящих друг от друга автотрофов и гетеротрофов (коэволюция) и групповой отбор, который ведет к сохранению признаков, благоприятных для экосистемы в целом, даже если они неблагоприятны для конкретных носителей этих признаков. Животный мир является национальным достоянием России, не­отъемлемым элементом природной среды и биологического разнообразия Земли, возобновляющимся природным ресурсом, важным регулирующим и стабилизирующим компонентом биосферы, всемерно охраняемым и рационально используемым для удовлетворения духовных и материальных потребностей народов России. Системный подход в экологии обусловил формирование Целого направления, ставшего ее самостоятельной отраслью -- системной экологией. Системный подход -- это направление в методологии познания объектов как систем. Система -- это множество взаимосвязанных элементов, образующих определенную целостность, единство. Ее состав, структуру и свойства изучают посредством системного анализа, являющегося основой системного подхода и представляющего собой совокупность методологических средств, используемых для решения сложных научных проблем.



Список использованной литературы

1. Горшков С.П. Экзодинамические процессы освоенных территорий. - М.: Недра, 1982.

2. Григорьев А.А. Города и окружающая Среда. Космические исследования. - М.: Мысль, 1982.

3. Никитин Д.П., Новиков Ю.В. Окружающая Среда и человек. - М.: 1986.

4. Одум Ю. Основы экологии. - М.: Мир, 1975.

5. Радзевич Н.Н., Пашканг К.В. Охрана и преобразование природы. - М.: Просвещение, 1986.

Размещено на Allbest.ru