Основні екологічні поняття та терміни

Основні екологічні поняття та терміни

Біосфера — область існування й функціонування теперішніх живих організмів і продуктів їх життєдіяльності, живих організмів минулих епох, яка починається від нижньої частини атмосфери, охоплює всю гідросферу та верхні шари літосфери. Вона є активною оболонкою Землі, в якій сукупна діяльність живих організмів проявляється як геохімічний фактор планетарного масштабу.

Біонти — організми, які в ході еволюції пристосувалися до існування в певному середовищі (біотопі).

Біосинтез — процес утворення необхідних організму речовин, який відбувається в його клітинах за участю біокаталізаторів — ферментів.

Біом — сукупність видів живого та оточуючого їх середовища, яка складає екосистему ландшафтно-географічної зони або сектора природного поясу.

Біотехнології - сукупність методів і засобів отримання корисних для людини продуктів та явищ за допомогою біологічних агентів (виробництво ліків, антибіотиків, дріжджів, виведення мікроорганізмів, бактерій, які продукують білок, газ, або тепло тощо).

Біотоп — відносно одноманітний за абіотичними факторами середовища простір у межах водної, наземної і підземної частини біосфери, зайнятий одним біоценозом.

Біоценоз — взаємопов'язана сукупність мікроорганізмів, грибів, рослин і тварин, що населяють більш-менш однорідну ділянку суші чи водойми й характеризуються певними відносинами між собою та адаптацією з довкіллям.

Основною елементарною одиницею в біосфері є екосистема. Екосистема — єдиний природний комплекс, утворений живими організмами й середовищем, в якому вони існують, і де всі компоненти тісно пов’язані обміном речовин, енергії та інформації.

Екосистеми — відкриті термодинамічні функціонально цілісні системи, що існують за рахунок надходження з навколишнього середовища енергії та частково речовини і які саморозвиваються та саморегулюються.

Одним з важливих екологічних понять є гомеостаз.

Гомеостаз — стан внутрішньої динамічної рівноваги природної системи, що підтримується регулярним відновленням її основних елементів, і речовинно-енергетичного складу, а також постійним функціональним саморегулюванням компонентів. Гомеостаз є характерним і необхідним для всіх природних систем — від атома й організму до космічних утворень.

Усі популяції мають властивості, завдяки яким вони підтримують свою чисельність на оптимальному рівні в умовах середовища, що постійно змінюється. Ці властивості і є гомеостазом.

Вид (біологічний) — сукупність організмів із спорідненими морфологічними ознаками, які можуть схрещуватися один з одним і мають спільний генофонд. Це основна структурна одиниця в системі живих організмів. Вид підпорядкований роду, але має підвиди і популяції.

Популяція — сукупність особин одного виду з однаковим генофондом, яка живе на спільній території протягом багатьох поколінь.

Природне середовище — це все живе і неживе, що оточує організми і з чим вони взаємодіють. Розрізняють повітряне, водне та грунтове середовище, останнім може бути й тіло іншого організму (для паразитуючих організмів).

Екологічні фактори — всі складові (елементи) природного середовища, які впливають на існування та розвиток організмів і на які живі істоти реагують реакціями пристосування (за межами здатності пристосування настає смерть).

Раніше виділяли три групи екологічних факторів: абіотичні (неорганічні умови — хімічні і фізичні, такі як склад повітря, води, грунтів, температура, світло, вологість, радіація, тиск тощо), біотичні (форми взаємодії між організмами — хазяїн-паразит) та антропогенні (форми діяльності людини).

Сьогодні розрізняють дев’ять груп екологічних факторів (загальна кількість — близько шістдесяти), об'єднаних у спеціальну класифікацію: за часом — фактори часу (еволюційний, історичний, діючий), періодичності (періодичний і неперіодичний), первинні та вторинні; за походженням (космічні, абіотичні, біотичні, природно-антропогенні, техногенні, антропогенні); за середовищем виникнення (атмосферні, водні, геоморфологічні, фізіологічні (генетичні, екосистемні); за характером (інформаційні, фізичні, хімічні, енергетичні, біогенні, комплексні, кліматичні); за об'єктом впливу (індивідуальні, групові, видові, соціальні); за ступенем впливу (летальні, екстремальні, обмежуючі, турбуючі, мутагенні, тератогенні); за умовами дії (залежні чи незалежні від щільності); за спектром впливу (вибіркової чи загальної дії).

Одні й ті ж самі екологічні фактори неоднаково впливають на організми різних видів, які живуть разом. Для одних вони можуть бути сприятливими, для інших — ні. Важливим елементом с реакція організмів на силу впливу екологічного фактора, негативна дія якого може виникати у разі надлишку або недостачі дози. Тому є поняття сприятлива доза, або зона оптимуму фактора, й зона песимуму (доза фактора, за якої організми почуваються пригнічено).

Діапазони зон оптимуму і песимуму с критерієм для визначення екологічної валентності - здатності живого організму пристосовуватися до змін умов середовища. Кількісно вона виражається діапазоном середовища, в межах якого вид нормально існує. Екологічна валентність різних видів може бути дуже різною (північний олень витримує коливання температури повітря від -55 до +25ч30°C, а тропічні корали гинуть вже при зміні температури на 5−6°С). За екологічною валентністю організми поділяють на стенобіонти — з малою пристосованістю до змін середовища (орхідеї, форель, далекосхідний рябчик, глибоководні риби) та еврибіонти — з великою пристосованістю до змін довкілля (колорадський жук, миші, пацюки, вовки, таргани, очерет, пирій). У межах еврибіонтів та стенобіонтів залежно від конкретного фактора організми поділяють на евритермні та стенотермні (за реакцією на температуру), .евригалінні та стеногалінні (за реакцією на солоність водного середовища), еврифоти та стенофоти (за реакцією на освітлення).

Слід наголосити, що в природі екологічні фактори діють комплексно. Особливо важливо пам’ятати це, оцінюючи вплив хімічних забруднювачів, коли «сумаційний» ефект (на негативну дію однієї речовини накладається негативна дія інших, а до цього додається вплив стресової ситуації, шумів, різних фізичних полів — радіаційного, теплового, гравітаційного чи електромагнітного) дуже змінює умовні значення ГДК, наведені в довідниках. Це питання на сьогодні мало вивчено, але через актуальність і велике значення знаходиться в стані активного дослідження в усіх розвинених країнах. Цей ефект називається синергічним.

Важливим є також поняття лімітуючі фактори — тобто такі, рівень (доза) яких наближається до межі витривалості організму, концентрація якого нижча або вища оптимальної. Це поняття започатковане законами мінімуму Лібіха (1840р.) і толерантності Шелфорда (1913р.). Найчастіше лімітуючими факторами є температура, світло, біогенні речовини, течії та тиск у середовищі, пожежі тощо.

Найбільше поширені організми з широким діапазоном толерантності щодо всіх екологічних факторів. Найвища толерантність характерна для бактерій і синьо-зелених водоростей, які виживають у широкому діапазоні температур, радіації, солоності, рН.

Наступним важливим поняттям є ланцюг живлення — це взаємовідносини між організмами під час переносу енергії їжі від її джерела (зеленої рослини) через ряд організмів (шляхом поїдання) на більш високі трофічні рівні. Па цьому шляху переносу енергії діють автотрофи — представники рослинного світу та гетеротрофи різного ступеня. Ланцюги живлення — це живі канали, що подають енергію нагору, а смерть і тління повертають цю енергію у грунт. Оскільки система незамкнена, частина енергії (80−90%) губиться в процесі розкладання, частина додається з повітря, частина накопичується в грунтах, торфі, довгоживучих лісах. Ця постійно діюча система є життєвим фондом, що постійно накопичується і перебуває в постійному обороті. Ланцюги живлення поділяють на два типи: ланцюги пасовиськ (від зеленої рослини до травоїдної тварини й далі - до хижаків, що поїдають рослиноїдних тварин) і детритні (ланцюги розкладу від детриту через мікроорганізми до детритофагів і їх споживачів — хижаків).

Біомаса — це загальна маса особин одного виду, груп видів чи спільноти в цілому, яка припадає на одиницю поверхні проживання.

Найбільшою є біомаса тропічних лісів (до 1700 т/ га), а найменшоютропічних і субтропічних пустель (2,5 т/га). Наземні рослини за масою майже в 100 разів перевищують наземних тварин, а маса травоїдних у стільки ж разів більша за масу хижаків.

Швидкість продукування біомаси на даній площі за одиницю часу називають біопродуктивністю. Вона може бути первинною (продуктивність продуцентів) і вторинною (біомаса, яку продукують консументи й організми, що розкладаються).

Підраховано, що нині щорічної біомаси планети, яку збирає людство, вже недостатньо для харчування населення Землі, а вся біосфера спроможна прогодувати не більше 7−10 млрд чоловік. Тому найближчим часом слід припинити збіднення біосфери та підвищити її продуктивність не менш як удвічі.

Протягом останніх десятиріч дедалі частіше вживається термін «агроценоз». Агроценози — молоді біоценози, що формуються в наш час, характеризуються видовою бідністю та одноманітністю й підтримуються людиною завдяки розробленій нею системі агротехнічних і агрохімічних заходов. Це вторинні видозмінені людиною біогеоценози (поля, городи, сади, підводні плантації мідій тощо).

У агроценозах регуляторні зв’язки дуже ослаблені, що призводить до різкого збільшення чисельності шкідників і збудників різних хвороб. Але агроценози дають людству до 90% продуктів харчування. Агроценози — наслідок антропогенного обміну речовин, який є екологічно дуже недосконалим, незамкненим, бо на вході цього обміну є природні ресурси, а на виході - агрохімічні, промислові та побутові відходи, які не повертаються на виробництво, не депонуються і не розкладаються, як це звичайно відбувається в біосфері мільйони років.

Важливими є поняття біологічний малий і геологічний великий кругообіг речовин, а також кругообіг води, азоту, вуглекислого газу як найголовніших, з екологічної точки зору, компонентів атмосфери, а крім того, кругообіги Сульфуру, Фосфору, Карбону як найважливіших життєвих елементів біосфери.

Кругообіг речовин — це їх багаторазова участь у природних процесах, що споконвічне відбуваються в геосферах. Велику роль у кругообігу речовин, а точніше — хімічних елементів, відіграють живі організми, на що вперше звернув увагу французький вчений Ж.Ламарк. В. Вернадський дослідив це питання та сформулював основні закони біогеохімічного кругообігу.

Малий, або біологічний (біотичний), кругообіг мас місце в межах малих екосистем, великий (геологічний) кругообіг — у межах планети, між океанами і континентами.

Завдяки наявності в атмосфері та гідросфері великого резервного фонду хімічних елементів — Карбону, Нітрогену, Оксигену, Сульфуру, Фосфору кругообіги можуть відносно швидко саморегулюватися.

Під час біологічного кругообігу відбуваються дуже характерні зміни енергії у процесі переходу з одного трофічного рівня на інший. У трофічний кругообіг екосистеми в середньому залучається близько 1% сонячної енергії, на наступні з нижчих переходить лише 10% засвоєної організмами енергії, а 80−90% розсіюється в екосистемі у вигляді тепла. Рослини використовують сонячну енергію з ефективністю від 0,1 до 1%. Рослиноїдні тварини споживають близько 10% енергії, акумульованої рослинами, хижаки — до 10% накопиченої травоїдними тваринами (їх біомаси), тобто всього близько 0,001% сонячної енергії, що надходить на Землю. Цей факт дозволив побудувати екологічні піраміди біомас, енергії, екосистем.

Наведемо ще кілька важливих екологічних понять.

Ієрархія екосистем — функціональна підпорядкованість (належність дрібних і простих систем до більших і складніших) екосистем різного рівня організації. Екосистеми кожного рівня мають свій кругообіг речовин.

Катаценоз — завершальна стадія вимирання біотичної спільності, деградація біотичного середовища.

Суксеція — послідовна зміна біоценозів, які спадково виникають на одній і тій же самій території в результаті впливу природних факторів чи людини.

Зміна біоценозів в екосистемах закінчується встановленням відносно стійкого стану екосистем, що замінюють одна одну під впливом змін екологічних факторів. Цей стан називається клімакс (від грець, клімаксдрабина).

Прогнозуючи зміни екологічних умов, можна передбачити й особливості клімактеріальної фази, що важливо для аграрництва, лісівництва, садівництва.

Принцип Реді - живе походить від живого, а між живою та неживою речовиною існує неперехідна межа.