Екология и опазване на околната среда - лекции

1

ШУМЕНСКИ УНИВЕРСИТЕТ



ЕКОЛОГИЯ И
ОПАЗВАНЕ НА
ОКОЛНАТА СРЕДА

ЛЕКЦИОННИ БЕЛЕЖКИ

Проф. д-р Нешо Чипев
Гл. ас. д-р Дарина Бъчварова


2014

2

I. ЕКОЛОГИЯТА КАТО НАУК А. ОПРЕДЕЛЕНИЕ, ПРЕД МЕТ,
ПОДРАЗДЕЛЕНИЯ
Определения
Екологията се определя като „науката за взаимоотношенията между организмите и
тяхната среда“, като в понятието среда се включват и други организми.
Екологията е по същество фундаментална биологична наука, която придобива все по-
голямо значение, което се определя от пагубните ефекти на съвременната цивилизация
върху околната среда.
Термина „екология“ произлиза от гръцките думи „oikos“ (дом) и „logiᾱ“ (наука) и
може да се преведе като „наука за дома“.
Немският изследовател Ернст Хекел (Ernst Haeckel) въвежда термина „екология“ през
1866 г. и го дефинира като „науката за взаимоотношенията между организмите и
тяхната среда“ (Фиг. 1).

Фиг. 1. Екологията и връзките с други науки
Екологията изучава как са разпределени организмите (къде се срещат) в природата и
как се изменя тяхната численост (колко организми се срещат) във времето и
пространството. Тя дава обяснение на факторите, които определят средата, заемана от
организмите и които определят колко са многобройни са те в тази среда. Екологията

3

изучава също така функционалните взаимоотношения между съвместно обитаващи
групи видове организми.
Като изучава взаимоотношенията между живото и неживото екологията представлява
уникална част от биологичните науки. Екологията е също така синтетична и
интегративна наука, тъй като тя често използва (синтезира и интегрира) информация
и концепции от широк кръг други науки (от физиология до метеорология) за да обясни
сложната организация на природните системи.
Понякога в англоезичната литература екологията се нарича още „биология на околната
среда“.
Съвременната екология изучава процесите, които участват във взаимодействията
между организмите и тяхната среда, механизмите отговорни за тези процеси, както и
произхода на тези механизми в процеса на еволюция.
Подразделения на екологията
Съдържанието на съвременната екология най-лесно може да се определи,
изхождайки от концепцията за нивата на организация на живото вещество в
биосферата. Живото вещество на Земята е организирано в йерархична система от
съподчинени структури с нарастваща сложност (фиг. 2). С усложняване на нивото на
организация някои признаци стават по-сложни и изменчиви, а в същото време други се
опростяват и стават по-стабилни. За да съществуват, всички нива на организация
взаимодействат със заобикалящата ги физична среда, поради което на всяко ниво
възникват характерни функционални системи.
Всяко конкретно ниво на организация на живото вещество се изучава от
съответна биологична дисциплина. Екологията изучава системите, разположени в
последните нива на биологичния спектър – отделния организъм и връзката му със
средата, популацията (и популационната система), съобществото от различни
видове организми и екосистемата.

4


Фиг. 2. Нива на организация и сложност на живата материя на Земята
Между организмите, популациите и съобществата съществува неразривна
функционална и структурна връзка, която лежи в основата на формирането и
устойчивото съществуване на биологичните системи от надорганизмовите нива на
организация в условията на непрекъснато взаимодействие помежду им и с постоянно
колебаещите се фактори на външната среда (фиг. 3).

Фиг. 3. Взаимодействие между нивата на сложност в екологията
В екологията могат да се разглеждат различни подразделения в зависимост от това,
кой от различните аспекти се има предвид.

5

По отношение на самите организми се различават: екология на растенията, екология
на животните и екология на микроорганизмите.
По отношение на местообитанията на организмите се разглеждат: екология на
сушата (терестриална екология), екология на сладките води (лимнология)
(изучаването на сладководните организми и техните местообитания) и екология на
океана (океанология) (изучаване на морските организми и местообитания).
Съобразно нивата на организация, които изучава, и тяхната сложност (Фиг. 2)
екологията се подразделя на:
- Аутекология (факториална екология) - изучава взаимодействието между
организъм и факторите на средата.
- Популационнна екология - изучава групи индивиди от един и същи вид по
отношение на тяхната численост и разпространение във времето и
пространството.В рамките на популацинната екология, като подразделение
се развива еволюционната екология. Тя лежи на границата между екология
и еволюционна биология. От една страна основният обект на еволюционната
екология е изучаването на адаптациите на организмите в екологичен
смисъл, а от друга тя се занимава с екологични характеристики, като
резултат от еволюцията на взаимодействащи си видове.
- Синекология (екология на съобществата от организми) – изучава
структурата на организмовитесъобщества по отношение на движението на
енергията и органичните съединения в тях.
- Екосистемна екология – изучава съобществата от организми и тяхната
среда на дадено място и в даден отрязък от време. Системната екология е
относително нова екологична дисциплина, която използва общата теория на
системите за изучаването и управлението на екосистемите.
- Ландшафтната екология е също ново направление в екологията.
Тяизучаварегионалните,едромащабниекосистеми с помощта на
компютърнигеографскиинформационнисистеми (ГИС). Популационната
динамика може да се изследва на ландшафтно ниво и това дава връзката
между ландшафтната и популационната екология.

6

По-високите нива на организация, които са само частично предмет на екологични
изследвания, са биоми и биосфера.
Биомите са големи екосистеми, определяни главно от климата, със сходни
организми и среда и, следователно, сходни екологични свойства. Всички
иглолистни гори на Земята спадат към биома на иглолистните гори.
Биосферата е най-широката възможна категория, включваща всички райони на
Земята, обитавани от живи организми. Тя се простира от долните слоеве на
атмосферата до океанските дълбини.
I.3. Историческо развитие на екологията
Древността
Екологията обикновено се приема за нова наука, която се утвърждава във
втората половина на 20. век. Независимо от това, екологично мислене на различни нива
съществува от дълго време и принципите на екологията се развиват постепенно, като се
преплитат тясно с развитието на други биологични дисциплини. По този начин едни от
първите „еколози“ трябва да са били Аристотел и неговия ученик Теофраст (4. век
пр.н.е.), които в серия изследвания класифицират 500 вида растения в групи по
жизнени форми – дървета, храсти, треви. Аристотел провежда изследвания на
покълването на семена, растителността на заливаемите долини покрай реките и др.
Много от приносите на Аристотел, Теофраст и други гръцки философи продължават да
оказват влияние през Възраждането, чак до 18. век.
Екологичните идеи през 18-ти и 19-ти век
През целия 18-ти век и в началото на 19-ти век големите морски сили като
Великобритания, Испания и Португалия провеждат множество експедиции по цял свят
за развитие на морската търговия и за откриване на нови природни ресурси, които е
трябвало и да се опишат и каталогизират. През този период са били установени 40 000
растителни вида (днес са 400 000). През 1799 г. пруският студент Александър фон
Хумболт (Alexander von Humboldt) на възраст 30 г. участва в петгодишна експедиция из
Централна и Южна Америка и Карибските острови. Той е първият, който изучава
задълбочено взаимоотношения между растенията и тяхната среда. Той доказва връзката
между растенията и климата, описва растителни пояси, като използва географската
ширина и дължина в труда си от 1805 г. Тази дисциплина сега е известна като
геоботаника.

7

Екологията на животните се развива много по-късно от растителната екология и
има различни корени. Екологията на животните е повлияна от изследванията на друг
известен натуралист, Чарлс Дарвин (Charles Darwin) (1809–1882), който е също повлиян
от Хумболт. Подобно на него, мисленето на Дарвин се оформя след неговите
пътешествия в Южна Америка и островите Галапагос. От тези наблюдения и под
влиянието на вижданията на Томас Малтус (Thomas Malthus), икономист, според
когото човешката популация се стреми да нараства ускоряващо се (експоненциално),
Дарвин предлага своята концепция за нарастване на популациите, неизбежните
ограничения на недостига на ресурси и преживяване на най-приспособените. Самият
Дарвин обаче никога не е използвал термина „екология“ в трудовете си, а и те не са
били цитирани от учените, формиращи екологичната наука. Причина за това е, че в
концепцията си за естествения отбор. Дарвин се основава изключително на
конкуренцията между видовете. Алфред Ръсел Уолес (Alfred Russel Wallace), който е
съвременник на Дарвин и негов конкурент, за пръв път предлага направлението
география на животните.
Различни изследователи показват, че отделните видовете организми не са
независими един от друг. През 1877 г. Карл Мьобиус (Karl Möbius) въвежда понятието
биоценоза, което определя като съобщество от живи организми, съответстващо по
своя състав, брой на видове и индивиди при определени оптимални условия на средата,
съобщество, в което организмите са взаимносвързани и зависими и се запазват в
определени места благодарение на постоянно размножаване. По-рано, още през 1825
г., френският естественик Адолф Дюро дьо ла Мал (Adolphe Dureau de la Malle)
използва термина societé (общество), за да означи група растения от различни видове.
Датският ботаник Йоханес Уорминг (Johannes Warming) (1841–1924) прекарва
три години в Бразилия и разширява изследванията на Фон Хумболт, като описва
въздействията на температурата, влагата и почвата върху растителността. Уорминг
въвежда и класификация на растенията по отношение на влагата и солеността –
хидрофити, мезофити, ксерофити и халофити.
Трудовете на Уорминг предизвикват интереса на учените по отношение на това,
как факторите на околната среда въздействат върху растежа на растенията. Юстус фон
Либих (Justis von Leibig), германски химик и колега на Хумболт, става известен като
бащата на торенето, след като открива значението на азота за растенията и
установява, че малки увеличения в съдържанието на азот водят до съществено

8

нарастване на растенията. Въз основа на тези данни той предлага един принцип, който
сега е известен като закон за минимума, според който скоростта на даден процес се
контролира от този фактор, който е в недостиг.
В края на 18-ти век, когато екологията започва да се утвърждава като
самостоятелна биологична наука, възниква известен разрив между еколозите, работещи
с растения (фитоеколози) и с животни (зооеколози). Растителните еколози гласуват за
отпадането на буквата о от термина оекология (oecology) на конгрес по ботаника,
проведен през 1893 г. Зоолозите не искат да имат нищо общо с новия термин,
опасявайки се, че ботаниците биха могли да „узурпират” възникващата дисциплина.
Опасенията са били отчасти оправдани, поради това, че някои ботаници са игнорирали
взаимодействията между растенията и животните (животни паразити, тревопасни).
Така зооеколозите започват да се обединяват около друг термин – етология, който вече
е възникнал от изучаването на поведението на животните, и по-точно от изследванията
на Конрад Лоренц (Conrad Lorenz) върху импринтига при животните. Преди разколът
напълно да раздели ботаниците и зоолозите, двама изследователи публикуват важни
трудове върху взаимоотношенията между растенията, животните и средата.
Американският фитоеколог Фредерик Клементс (Frederick E. Clements), повлиян
от идеите на Хумболт за растителните асоциации, предлага концепцията за
биотичното съобщество, в което растенията и животните играят еднакво важна роля.
Колегата на Клементс, Виктор Шелфорд (Victor E. Shelford), който е зоолог, изучава
реакцията на популациите на животните към промени в окръжаващата ги среда.
Шелфорд разширява идеите на Ли