Ситуативные задачи по экологии

На берегу реки планируется стройка, подрядчиком предложен план размещения базы отдыха и свиноводческой фермы. Как по отношению к реке необходимо разместить данные объекты и почему?

Ответ: Базу отдыха необходимо разместить выше по течению, а свиноводческую ферму ниже и как можно дальше от реки, чтобы животноводческие стоки с фермы (жидкий навоз) не загрязнил водоем.

В последнее время возросло количество пожаров в лесах, причины их возникновения различны от засухи и жары, до человеческого фактора. Какие меры необходимо принять, чтобы снизить их количество.

Ответ: Необходимо очищать лес от сухостоя, не разжигать костров, не бросать окурки, опахивать лес или лесополосу от дорог и степной зоны, т.к. сухая трава быстро загорается и огонь со степи может легко перебросится на лес.

В последнее время при проведении субботника принято собирать листву в мешки или закапывать ее. Почему при проведении субботника рекомендуют закапывать листву?

Какие научные направления в экологии вам известны?

Ответ: географическая экология, популяционная экология, химическая экология, промышленная экология, экология растений, животных, человека.

Какие ресурсы используют для жизни зеленые растения?

Ответ: Тело зеленого растения создается из молекул неорганических веществ и ионов. Для построения своего тела растению требуется энергия, которая черпается от солнечного излучения при фотосинтезе.

К чему в первую очередь может привести орошение проводимое без надлежащего контроля?

Ответ: к вторичному засолению почв.

Какому закону соответствует данная формулировка: с одного трофического уровня биоценоза организмам, находящимся на более высоком трофическом уровне, передается не более 10% энергии?

Ответ: закону Линдемана.

Известно, что саранчовые наносят существенный вред посевам и пастбищам, хотя злакоядные саранчовые, как показали ученые Новосибирского гос. университета, играют важную положительную роль в минеральном питании растений в период вегетации, выступая в качестве «связующего звена» пастбищной и детридной цепей питания. Почему?

Ответ: саранчовые выбрасывают вместе с выделениями микроорганизмы, переводящие в азот из воздуха и почвы в усваиваемую растениями форму.

В ХХ веке в Баренцевом море увеличилась численность мойвы, минтая, хека и других рыб меньшего размера. С чем это связано?

Ответ: в связи с проводимым в это время интенсивным ловом трески, которая является хищной рыбой.

Снег, собранный уборочной техникой с проезжей части городских улиц целесообразно вывозить на биологические пруды очистки, а потом на поля для орошения. Для чего это нужно?

Ответ: снег, собранный с дорог, содержит большое количество химических веществ (нефтепродукты, кислоты, соли, резину, сажу). Попадание этих веществ в водоемы, на поля, в леса без природной или искусственной очистки опасно. Поля орошения используют для круглосуточного и круглогодичного обеззараживания сточных вод, предназначенных для орошения и удобрения сельскохозяйственных структур. В биологических прудах можно очищать как бытовые, так и промышленные сточные воды, если они не содержат веществ, оказывающих непосредственное токсическое действие на живущие в воде организмы, а также сырые (неочищенные) сточные воды после предварительного удаления из них жира и взвешенных частиц.

Почему в северных районах хозяйственную рубку леса нужно проводить только зимой и вывозить древесину по глубокому снегу?

Ответ: так как значительно меньше нарушается почвенный покров; не уничтожается подстилка и травянистый ярус растений, не формируются рытвины, колеи, изменяющие гидрорежим и способствующие эрозии почвы; значительно меньше уничтожается подрост и подлесок.

До недавнего времени существовали проекты по осушению болот для оптимизации природных ландшафтов, но в настоящее время эти проекты закрыты, в связи с очевидной огромной ролью болот в биосфере для поддержания стабильности климата Земли. С чем это связано?

Ответ: болотистые районы являются одними из главных поставщиков в атмосферу газа метана, который вырабатывается бактериями в бескислородных нижних слоях болот. Метан относится к так называемым «парниковым» газам, которые задерживают часть теплового излучения Земли в космическое пространство. Если содержание метана в атмосфере резко упадет, климат Земли похолодает вплоть до наступления нового ледникового периода.

Почему березу называют «пионером» леса, а березовый лес временным?

Ответ: береза первой осваивает открытые пространства, вырубки, гари; ее сеянцы не бояться яркого солнца и заморозков. Под кроной берез поселяются ели, которые со временем вытесняют ее, которой среди елей не хватает снега.

Как в середине ХIХ в. нефть спасла некоторые виды китов от полного уничтожения?

Ответ: до 1857 года, когда в продаже появилась первая керосиновая лампа, и начались первые промышленные разработки нефти, для освещения и смазки разных механизмов (в основном паровых машин) люди пользовались китовым жиром и спермацетом.

На конкретной территории в течение 20 лет произошла смена видового состава птиц, характерных для определения экосистем. Вначале на территории гнездились одни виды птиц (серая славка, зяблик, иволга), затем другие (коростель, чибис, трясогузка желтая). С чем это связано?

Ответ: это связано с дигрессией первичной экосистемы (антропогенным воздействием на первичную экосистему). Например, в результате вырубки мелколиственного леса (антропогенного воздействия), где гнездились одни виды птиц, за достаточно короткий срок происходит образование вторичной сукцессии, т.е. новой на месте разрушенной человеком существовавшей экосистемы. Избыток света, достаточное увлажнение способствует активному развитию луговых видов, которые и формируют новую экосистему.

В обширных лесных массивах Севера часто проводятся так называемые концентрированные рубки с использованием тяжелой техники, которые приводят к смене лесных экосистем болотными. Почему?

Ответ: при проведении рубки с использованием тяжелой техники, идет сильное разрушение и уплотнение почвенного покрова. Это, в свою очередь, ведет, как правило, к цепным реакциям природных процессов, в частности, сложившиеся круговороты воды сменяются накоплением застойных вод на поверхности почв с последующей сменой лесных экосистем болотными.

Почему в искусственных экосистемах, особенно в агроценозах, численность вредителей сельскохозяйственных культур при массовых вспышках их размножения многократно превосходит их таковые в естественных сообществах?

Ответ: это связано с огромным пространством, занятого одной культурой (монокультуры), что является идеальным условием для быстрого распространения на значительных пространствах насекомых и других вредителей сельскохозяйственных культур.

Создание крупных животноводческих комплексов (птицефабрики и свинофермы с поголовьем животных более 5000) с незарегулированными стоками повлияет на химический состав поверхностных и грунтовых вод. С чем это связано?

Ответ: животноводческие стоки с ферм (жидкий навоз), попадая в реки и озера, ведут к эвтофикации этих водоемов, так как увеличивается содержание в воде азотосодержащих соединений. Растворенные в поверхностных водах соединения азота могут попадать и в грунтовые воды (верховодка), делая не пригодными для питья воду из колодцев.

К каким последствиям для природного сообщества может привести уничтожение хищников и увеличение поголовья травоядных животных?

Ответ: хищники являются естественными санитарами, регулирующими поголовье травоядных животных, убивая слабых и больных. Если сократится число хищников, то некому будет регулировать численность травоядных, поголовье будет увеличиваться, будет увеличиваться количество больных и слабых травоядных, что приведет к распространению заразы.

Почему к ДСП (древесно-стружечным плитам), используемым в быту экологи относятся с осторожностью?

Ответ: т.к. они увеличивают концентрацию формальдегида в квартирах.

При стабильном повышении температуры более чем 2° С произойдет глобальное потепление климата. К каким последствиям это может привести?

Ответ: повышение температуры приведет к таянию ледников в зоне сплошной многолетней мерзлоты, увеличится площадь мирового океана, что приведет к затоплению окраины материков. Площадь суши значительно уменьшиться.

Как сказывается на растениях применение в осенне-зимний период большого количества соли, которой посыпают тротуары для предотвращения людского травматизма?

Ответ: растения испытывают водное голодание, из-за гипертонического растворения солей в почве.

Почему многоэтажные дома экологически более опасны, чем одноэтажные?

Ответ: в многоэтажных домах нестабильный воздухообмен, вентиляция, неравномерный нагрев этажей.

После разрешения охотится в лесу, рядом в поле резко увеличилось число грызунов. С чем это связано?

Ответ: так как раньше хищники леса сдерживали рост грызунов, являясь их естественным регулятором. Соответственно после разрешения охоты число хищников сократилось, поэтому наблюдается рост грызунов.

Почему заселение миногой озера Эри нанесло огромный вред рыбному хозяйству?

Что означает следующая формулировка – «с одного трофического уровня биоценоза организмам, находящимся на более высоком трофическом уровне, передается не более 10% энергии».

Ответ: данная формулировка соответствует правилу 10% (закону Линдемана).

Как называются участки территории, на которых сохраняются в возможно более полном естественном состоянии все природные компоненты и их сочетания – природные комплексы и не разрешена хозяйственная деятельность?

Ответ: они называются заповедником.

Чем характеризуются биоэкологические особенности произрастания и влияния ели на условия жизни в растительном сообществе?

Ответ: тем, что корни располагаются в поверхностном слое почвы, а хвоинки остаются на ветвях в течении 8-10 лет.

В соответствии с экологическими законами любой вид способен к беспредельному росту численности, занимая все пригодные для жизни экологические ниши (так называемое «давление жизни»). Тогда почему существуют редкие и находящиеся под угрозой исчезновения организмы?

Ответ: в настоящее время главным фактором служащим ограничителем роста численности организмов, приводящий к угрозе их исчезновения, является антропогенная деятельность человека.

В природе широко распространены взаимовыгодные отношения видов – мутуализм. Пример – отношения между сибирской кедровой сосной и гнездящимися в кедровниках птицами – кедровкой и кукшей. В чем заключается польза таких отношений?

Ответ: эти птицы, питаясь семенами сосны, обладают инстинктами запасания кормов. Они прячут мелкие порции «орешков» под слой мха и лесного опада. Значительную часть запасов птицы не находят, и семена прорастают. Деятельность этих птиц способствует, таким образом, самовозобновлению кедровников, так как семена не могут прорастать на толстом слое лесной подстилки, преграждающей им доступ к почве.

Известно, что инфузория-туфелька размножается делением. Она питается некоторыми бактериями, которые хорошо размножаются в растворах, используемых обычно для выращивания культуры инфузории (например, в сенном настое). Если в этот раствор добавить некоторые соли (безвредные для инфузорий), то размножение инфузорий прекратится. С чем это связано?

Ответ: размножение инфузорий происходит благодаря питанию бактериями, если добавить соли (безвредные для инфузорий) в раствор, где выращивают и кормят инфузорию, то размножение бактерий прекратится, и размножение инфузории тоже, т.к. нечем будет питаться.

Вы знаете, что большинство физических факторов внешней среды имеют электромагнитную природу. Так, возле быстро текущей воды воздух освежает и бодрит, по этой же причине нам представляется чистым и и освежающим воздух после грозы. С чем это связано?

Ответ: с нахождением в воздухе отрицательных ионов, которые положительно влияют на здоровье.

Человек всегда жил в мире звуков и шума. Для всех живых организмов, звук всегда является одним из воздействий окружающей среды. Почему в последнее время врачи все чаще говорят о шумовой болезни?

Ответ: длительный шум (особенно в настоящее время, в связи с техническим прогрессом) неблагоприятно влияет на орган слуха, понижая чувствительность к звуку. Он приводит к расстройству деятельности сердца, печени, к истощению и перенапряжению нервных клеток. Ослабленные клетки нервной системы не могут достаточно четко координировать работу различных систем организма.

Почему природные многовидовые ассоциации растений значительно реже страдают от вспышек развития насекомых-вредителей, чем популяции монокультур в агроценозах?

Какой эффект в борьбе с сельскохозяйственными вредителями могут дать агротехнические приемы?

Ответ: густые посевы создают свой микроклимат: на поверхности почвы резко падают освещенность и температура, увеличивается влажность, что препятствует размножению вредителя и создает условия для развития некоторых видов грибов и бактерий, способных уничтожить вредителей за несколько дней.

Гидроэлектростанции на первый взгляд являются экологически чистыми предприятиями, не наносящими вред природе. В нашей стране построили много крупнейших ГЭС на великих реках. Теперь стало ясно, что этим строительством нанесен большой урон и природе, и людям. Почему, ответ обоснуйте?

Ответ: строительство плотин на больших равнинных реках под ГЭС приводит к затоплению огромных территорий под водохранилища, идет переселение людей и потеря пастбищных угодий. Во-вторых, плотина создает непреодолимые препятствия на путях миграций проходных и полупроходных рыб, поднимающихся на нерест в верховья рек. В-третьих, вода в хранилищах застаивается, ее проточность замедляется, что сказывается на жизни всех живых существ обитающих в реке. В-четвертых, местное повышение воды влияет на грунтовые воды, приводит к подтоплению, заболачиванию, к эрозии берегов и оползням.

В Ю. Либих обнаружил, что урожай растений может ограничиваться любым из основных элементов питания, если только этот элемент находится в недостатке. После чего сформулировал это простое правило. Сформулируйте его.

Ответ: это закон минимума – успешное функционирование популяций или сообществ живых организмов зависит от комплекса условий; ограничивающим или лимитирующим, фактором является любое состояние среды, приближающееся или выходящее за границу устойчивости для организмов интересующей нас группы.

Почему моллюски, не представляющие собой большой пищевой ценности для человека и других животных из-за их низкой продуктивности, имеют первостепенное значение как фактор, позволяющий сохранить плодородие той зоны, где обитают?

Ответ: по типу питания моллюски относятся к фильтраторам. Они засасывают и фильтруют воду, извлекая оттуда мелкие организмы и детрит. В результате тока воды, создаваемого этой фильтрацией, большое количество детритных частиц, богатых фосфором и другими элементами, удерживается в мелководной зоне прилива.

В последние годы ученые все с большей тревогой отмечают истощение озонового слоя атмосферы, который является защитным экраном от ультрафиолетового излучения. В чем основная причина истощения озонового слоя?

Ответ: основной причиной истощение озонового слоя является применение людьми фреонов, широко используемых в производстве и быту в качестве хладореагентов, пенообразователей, растворителей, аэрозолей.

Экология - как и любая другая наука, подчиняется основным законам:

1.Закон биогенной миграции атомов (закон Вернадского): миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом происходит под влиянием организмов, в т.ч. и человека, который оказывает огромное влияние на биосферу, изменяя ее физический и химический состав.

2.Закон внутреннего динамического равновесия - главный в природопользовании, который помогает понять, что если при незначительном вмешательстве в естественную среду в разумных пределах экосистемы способны саморегулироваться и восстанавливаться, а иначе они бы ʼʼугаслиʼʼ.

3.Закон генетического разнообразия – всœе живое имеет тенденцию к увеличению биологической разнородности (генная инженерия).

5.Закон константности (по Вернадскому) – количество живого вещества биосферы (за определœенное геологическое время) есть величина постоянная (правило заполнения экологических ниш).

6.Закон максимума биогенной энергии (закон Вернадского-Бауэра) - любая биологическая система, находящаяся в состоянии ʼʼстойкого неравенстваʼʼ, развиваясь, увеличивает свое влияние на среду, ᴛ.ᴇ. в природе выживают те виды, которые в процессе эволюции увеличивают биогенную геохимическую энергию.

7. Закон минимума (по Ю. Либиху) - стойкость организма определяется самым слабым звеном в цепи ее экологических потребностей. В случае если развитие организма вкладывается в минимум экологических факторов, то он выживает, в случае если нет, то гибнет.

8. Закон оптимальности : никакая система не может суживаться или расширяться в бесконечности. Эти размеры зависят от условий питания и факторов существования.

9. Закон равнозначности условий жизни : всœе условия среды, необходимые для жизни, играют равнозначные роли.

10. Закон развития окружающей среды – любая система развивается лишь за счёт использования материально - энергетических и информационных возможностей окружающей среды (ОС).

Следствия закона :

1) Абсолютно безотходное производство невозможно.

2) Любая высокоорганизованная система является угрозой для менее организованной, в связи с этим в биосфере Земли невозможно повторное зарождение жизни.

3) Биосфера Земли, как система, развивается за счёт внутренних и космических ресурсов.

11.Закон толерантности (закон Шелфорда) – лимитирующим фактором для организма должна быть как min , так и max экологического влияния, диапазон между которым и определяет степень выносливости (толерантности) к данному фактору, т. е. любой излишек вещества или энергии в экосистеме - ϶ᴛᴏ враг или загрязнитель.

12.Закон грунтоистощения (уменьшение плодородия) – нарушение плодородия почв происходит за счёт их использования или нарушения естественного почвообразования.

13. Закон физико-химического единства живого вещества (по Вернадскому) - всœе живое вещество Земли имеет единую физико-химическую природу.

14. Закон ограниченности природных ресурсов – всœе природные ресурсы Земли являются конечными. Все крупномасштабные изменения на земле (циклоны, извержение вулканов) имеют суммарную энергию, не превышающие 1 % от энергии солнечного излучения (правило одного процента).

15. Закон пирамиды энергий , правило 10% - в соответствии с экологической пирамидой, каждый последующий трофический уровень ассимилирует не более 10% энергии предыдущего. Повышение этой величины недопустимо, т. к. может произойти полное исчезновение популяций. Данный закон служит ограничителœем для практических целœей в хозяйственной деятельности человека и природопользования.

16. Правило обязательного заполнения экологических ниш – пустующая экологическая ниша всœегда должна быть заполнена.

17.Правило ʼʼмягкогоʼʼ управления природой – состоит в опосредованном, направляющем, восстанавливающем экологическом балансе управления природными ресурсами.

18. Закон экологической корреляции – в системе всœе виды живого вещества и абиотические экологические компоненты функционально отвечают один другому. При выпадении одной части системы (вида) приводит к выключению связанных с ней других частей.

19. Четыре закона экологии по Б. Коммонеру :

1. Все связано со всœем.

2. Все должно куда-то деваться.

3. Природа ʼʼзнаетʼʼ лучше (предостерегает от самоуверенности).

4. Ничто не проходит напрасно (за всœе нужно платить).

Согласно научных работ американского эколога Д. Чираса (1991-1993): ʼʼПрирода существует вечно (с точки зрения человека) и сопротивляется деградации, благодаря этим законам экологииʼʼ.

Основные экологические законы - понятие и виды. Классификация и особенности категории "Основные экологические законы" 2017, 2018.

Законы экологии — общие закономерности и принципы взаимодействия человеческого общества с природной средой.

Значение этих законов состоит в регламентации характера и направленности человеческой деятельности в пределах экосистем различного уровня. Среди законов экологии, сформулированных разными авторами, наибольшую известность получили четыре закона-афоризма американского ученого-эколога Барри Коммонера (1974):

• «все связано со всем» (закон всеобщей связи вещей и явлений в природе);
• «все должно куда-то деваться» (закон сохранения массы вещества);
• «ничто не дается даром» (о цене развития);
• «природа знает лучше» (о главном критерии эволюционного отбора).

Из закона всеобщей связи вещей и явлений в природе («все связано со всем») вытекает несколько следствий:

• закон больших чисел - совокупное действие большого числа случайных факторов приводит к результату, почти не зависящему от случая, т.е. имеющему системный характер. Так, мириады бактерий в почве, воде, телах живых организмов создают 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;
• принцип Ле Шателье (Брауна) - при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия уменьшается. На биологическом уровне он реализуется в виде способности экосистем к саморегуляции;
• 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:

Барри Коммонер писан «...глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может являться объектом всеобщего улучшения; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю нельзя избежать; он может быть только отсрочен. Нынешний кризис окружающей среды говорит о том, что отсрочка очень затянулась».

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. В настоящее время планету населяет лишь 1/1000 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. Человеческая индустриальная цивилизация грубо нарушает замкнутость биотического круговорота в глобальном масштабе, что не может остаться безнаказанным. В этой критической ситуации должен быть найден компромисс, что под силу только человеку, обладающему разумом и стремлением к этому.

Помимо формулировок Барри Коммонера современные экологи вывели еще один закон экологии - «на всех не хватит» (закон ограниченности ресурсов). Очевидно, что масса питательных веществ для всех форм жизни на Земле конечна и ограничена. Ее не хватает на всех появляющихся в биосфере представителей органического мира, поэтому значительное увеличение численности и массы каких-либо организмов в глобальном масштабе может происходить только за счет уменьшения численности и массы других. На противоречие между скоростью размножения и ограниченностью ресурсов питания применительно к народонаселению планеты впервые обратил внимание английский экономист Т.Р. Мальтус (1798), который именно этим пытался обосновать неизбежность социальной конкуренции. В свою очередь, Ч. Дарвин заимствовал у Мальтуса понятие «борьба за существование» для объяснения механизма естественного отбора в живой природе.

Закон ограниченности ресурсов — 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.

Обобщенную классификацию экологических законов представил известный советский ученый Н.Ф. Реймерс. Им даны следующие формулировки:

• 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);
• закон социально-экологической необратимости (невозможность поворота эволюционного движения вспять, от сложных форм к более простым);
• закон ноосферы Вернадского (неизбежность трансформации биосферы под влиянием мысли и человеческого труда в ноосферу — геосферу, в которой разум становится доминирующим в развитии системы «человек-природа»).

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.

Законы и принципы экологии

Закон минимума

В 1840 г. Ю. Либих установил, что урожай часто ограничивается не теми питательными веществами, которые требуются в больших количествах, а теми, которых нужно немного, но которых мало и в почве. Сформулированный им закон гласил: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай, определяется величина и устойчивость последнего во времени». Впоследствии к питательным веществам добавили ряд других факторов, например температуру. Действие данного закона ограничивают два принципа. Первый закон Либиха строго действует только в условиях стационарного состояния. Более точная формулировка: «при стационарном состоянии лимитирующим будет то вещество, доступные количества которого наиболее близки к необходимому минимуму». Второй принцип касается взаимодействия факторов. Высокая концентрация или доступность некоторого вещества может изменять потребление минимального питательного вещества. Следующий закон сформулирован в самой экологии и обобщает закон минимума.

Закон толерантности

Этот закон формулируется следующим образом: отсутствие или невозможность развития экосистемы определяется не только недостатком, но и избытком любого из факторов (тепло, свет, вода). Следовательно, организмы характеризуются как экологическим минимумом, так и максимумом. Слишком много хорошего тоже плохо. Диапазон между двумя величинами составляет пределы толерантности, в которых организм нормально реагирует на влияние среды. Закон толерантности предложил В. Шелфорд в 1913 г. Можно сформулировать ряд дополняющих его предложений.

• Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора и узкий в отношении другого.
• Организмы с широким диапазоном толерантности ко всем факторам обычно наиболее широко распространены.
• Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для вида, то может сузиться диапазон толерантности к другим экологическим факторам.
• В природе организмы очень часто оказываются в условиях, не соответствующих оптимальному значению того или иного фактора, определенному в лаборатории.
• Период размножения обычно является критическим; в этот период многие факторы среды часто оказываются лимитирующими.

Живые организмы изменяют условия среды, чтобы ослабить лимитирующее влияние физических факторов. Виды с широким географическим распространением образуют адаптированные к местным условиям популяции, которые называются экотипами. Их оптимумы и пределы толерантности соответствуют местным условиям.

Обобщающая концепция лимитирующих факторов

Наиболее важными факторами на суше являются свет, температура и вода (осадки), а в море — свет, температура и соленость. Эти физические условия существования могут быть лимитирующими и влияющими благоприятно. Все факторы среды зависят друг от друга и действуют согласованно. Из других лимитирующих факторов можно отметить атмосферные газы (углекислый газ, кислород) и биогенные соли. Формулируя «закон минимума», Либих и имел в виду лимитирующее воздействие жизненно важных химических элементов, присутствующих в среде в небольших и непостоянных количествах. Они называются микроэлементами и к ним относятся железо, медь, цинк, бор, кремний, молибден, хлор, ванадий, кобальт, йод, натрий. Многие микроэлементы подобно витаминам действуют как катализаторы. Фосфор, калий, кальций, сера, магний, требующиеся организмам в больших количествах, называются макроэлементами. Важным лимитирующим фактором в современных условиях является загрязнение природной среды. Главный лимитирующий фактор, по Ю. Одуму, - размеры и качество «ойкоса », или нашей «природной обители», а не просто число калорий, которые можно выжать из земли. Ландшафт не только склад запасов, но и дом, в котором мы живем. «Следует стремиться к тому, чтобы сохранить, по меньшей мере, треть всей суши в качестве охраняемого открытого пространства. Это означает, что треть всей нашей среды обитания должны составлять национальные или местные парки, заповедники, зеленые зоны, участки дикой природы и т.п.». Территория, необходимая одному человеку, по разным оценкам колеблется от 1 до 5 га. Вторая из этих цифр превосходит площадь, которая приходится ныне на одного жителя Земли.

Плотность населения приближается к одному человеку на 2 га суши. Пригодны же для сельского хозяйства только 24% суши. Хотя с площади всего лишь 0,12 га можно получить достаточно калорий, чтобы поддержать существование одного человека, для полноценного питания с большим количеством мяса, фруктов и зелени необходимо около 0,6 га на человека. Кроме того, требуется еще около 0,4 га для производства разного рода волокна (бумаги, древесины, хлопка) и еще 0,2 га для дорог, аэропортов, зданий и т.п. Отсюда концепция «золотого миллиарда», в соответствии с которой оптимальным количеством населения является 1 млрд человек, и стало быть, уже сейчас около 5 млрд «лишних людей». Человек впервые за свою историю столкнулся с предельными, а не локальными ограничениями. Преодоление лимитирующих факторов требует огромных затрат вещества и энергии. Для удвоения урожая необходимо десятикратное увеличение количества удобрений, ядохимикатов и мощности (животных или машин). К лимитирующим факторам относится и численность популяции.

Закон конкурентного исключения

Данный закон формулируется следующим образом: два вида, занимающие одну экологическую нишу, не могут сосуществовать в одном месте неограниченно долго.

То, какой вид побеждает, зависит от внешних условий. В сходных условиях победить может каждый. Важным для победы обстоятельством является скорость роста популяции. Неспособность вида к биотической конкуренции ведет к его оттеснению и необходимости приспособления к более трудным условиям и факторам.

Закон конкурентного исключения может работать и в человеческом обществе. Особенность его действия в настоящее время заключается в том, что цивилизации не могут разойтись. Им некуда уйти со своей территории, потому что в биосфере нет свободного места для расселения и нет избытка ресурсов, что приводит к обострению борьбы со всеми вытекающими отсюда последствиями. Можно говорить об экологическом соперничестве между странами и даже экологических войнах или войнах, обусловленных экологическими причинами. В свое время Гитлер оправдывал агрессивную политику нацистской Германии борьбой за жизненное пространство. Ресурсы нефти, угля и т.п. и тогда были важны. Еще больший вес они имеют в XXI в. К тому же добавилась необходимость территорий для захоронения радиоактивных и прочих отходов. Войны — горячие и холодные — приобретают экологическую окраску. Многие события в современной истории, например распад СССР, воспринимаются по-новому, если на них посмотреть с экологических позиций. Одна цивилизация может не только завоевать другую, но использовать ее для корыстных с экологической точки зрения целей. Это и будет экологический колониализм. Так переплетаются политические, социальные и экологические проблемы.

Основной закон экологии

Одним из главных достижений экологии стало открытие, что развиваются не только организмы и виды, но и . Последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном районе, называется сукцессией. Сукцессия происходит в результате изменения физической среды под действием сообщества, т.е. контролируется им.

Высокая продуктивность дает низкую надежность — еще одна формулировка основного закона экологии, из которой вытекает следующее правило: «Оптимальная эффективность всегда меньше максимальной». Разнообразие в соответствии с основным законом экологии непосредственно связано с устойчивостью. Однако пока неизвестно, до какой степени эта связь является причинно-следственной.

Некоторые другие важные для экологии законы и принципы.

Закон эмерджентности : целое всегда имеет особые свойства, отсутствующие у его части.

Закон необходимого разнообразия : система не может состоять из абсолютно идентичных элементов, но может иметь иерархическую организацию и интегративные уровни.

Закон необратимости эволюции : организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, осуществленному в ряду его предков.

Закон усложнения организации : историческое развитие живых организмов приводит к усложнению их организации путем дифференциации органов и функций.

Биогенетический закон (Э. Геккель): онтогенез организма есть краткое повторение филогенеза данного вида, т.е. индивид в своем развитии повторяет сокращенно историческое развитие своего вида.

Закон неравномерности развития частей системы : системы одного уровня иерархии развиваются не строго синхронно, в то время как одни достигают более высокой стадии развития, другие остаются в менее развитом состоянии. Этот закон непосредственно связан с законом необходимого разнообразия.

Закон сохранения жизни : жизнь может существовать только в процессе движения через живое тело потока веществ, энергии, информации.

Принцип сохранения упорядоченности (Я. Пригожий): в открытых системах энтропия не возрастает, а уменьшается до тех пор, пока не достигается минимальная постоянная величина, всегда больше нуля.

Принцип Ле Шателье-Брауна : при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

Принцип экономии энергии (Л. Онсагер): при вероятности развития процесса в некотором множестве направлений, допускаемых началами термодинамики, реализуется то, которое обеспечивает минимум рассеивания энергии.

Закон максимизации энергии и информации : наилучшими шансами на самосохранение обладает система, в наибольшей степени способствующая поступлению, выработке и эффективному использованию энергии и информации; максимальное поступление вещества не гарантирует системе успеха в конкурентной борьбе.

Закон развития системы за счет окружающей среды : любая система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды; абсолютно изолированное саморазвитие невозможно.

Правило Шредингера «о питании» организма отрицательной энтропией: упорядоченность организма выше окружающей среды, и организм отдает в эту среду больше неупорядоченности, чем получает. Это правило соотносится с принципом сохранения упорядоченности Пригожина.

Правило ускорения эволюции : с ростом сложности организации биосистем продолжительность существования вида в среднем сокращается, а темпы эволюции возрастают. Средняя продолжительность существования вида птиц — 2 млн лет, вида млекопитающих — 800 тыс. лет. Число вымерших видов птиц и млекопитающих в сравнении со всем их числом велико.

Закон относительной независимости адаптации : высокая адаптивность к одному из экологических факторов не дает такой же степени приспособления к другим условиям жизни (наоборот, она может ограничивать эти возможности в силу физиолого-морфологических особенностей организмов).

Принцип минимального размера популяций : существует минимальный размер популяции, ниже которого ее численность не может опускаться.

Правило представительства рода одним видом : в однородных условиях и на ограниченной территории таксономический род, как правило, представлен только одним видом. По-видимому, это связано с близостью экологических ниш видов одного рода.

Закон обеднения живого вещества в островных его сгущениях (Г.Ф. Хильми): «Индивидуальная система, работающая в среде с уровнем организации более низким, чем уровень самой системы, обречена: постепенно теряя структуру, система через некоторое время растворится в окружающей среде». Из этого следует важный вывод для человеческой природоохранной деятельности: искусственное сохранение экосистем малого размера (на ограниченной территории, например, заповедника) ведет к их постепенной деструкции и не обеспечивает сохранения видов и сообществ.

Закон пирамиды энергий (Р. Линдеман): с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий уровень в среднем около 10% поступившей на предыдущий уровень энергии. Обратный поток с более высоких на более низкие уровни намного слабее — не более 0,5-0,25%, и потому говорить о круговороте энергии в биоценозе не приходится.

Правило обязательности заполнения экологических ниш : пустующая экологическая ниша всегда и обязательно бывает естественно заполнена («природа не терпит пустоты»).

Принцип формирования экосистемы : длительное существование организмов возможно лишь в рамках экологических систем, где их компоненты и элементы дополняют друг друга и взаимно приспособлены. Из этих экологических законов и принципов следуют некоторые выводы, справедливые для системы «человек — природная среда». Они относятся к типу закона ограничения разнообразия, т.е. накладывают ограничения на деятельность человека по преобразованию природы.

Закон бумеранга : все, что извлечено из биосферы человеческим трудом, должно быть возвращено ей.

Закон незаменимости биосферы : биосферу нельзя заменить искусственной средой, как, скажем, нельзя создать новые виды жизни. Человек не может построить вечный двигатель, в то время как биосфера и есть практически «вечный» двигатель.

Закон шагреневой кожи : глобальный исходный природно-ресурсный потенциал в ходе исторического развития непрерывно истощается. Это следует из того, что никаких принципиально новых ресурсов, которые могли бы появиться, в настоящее время нет. Для жизни каждого человека в год необходимо 200 т твердых веществ, которые он с помощью 800 т воды и в среднем 1000 Вт энергии превращает в полезный для себя продукт. Все это человек берет из уже имеющегося в природе.

Принцип удаленности события : потомки что-нибудь придумают для предотвращения возможных отрицательных последствий. Вопрос о том, насколько законы экологии можно переносить на взаимоотношения человека с окружающей средой, остается открытым, так как человек отличается от всех других видов. Например, у большинства видов скорость роста популяции уменьшается с увеличением ее плотности; у человека, наоборот, рост населения в этом случае ускоряется. Некоторые регулирующие механизмы природы отсутствуют у человека, и это может служить дополнительным поводом для технологического оптимизма у одних, а для экологических пессимистов свидетельствовать об опасности такой катастрофы, которая невозможна ни для одного иного вида.

Итоги 15-й Всероссийской экологической олимпиады школьников

В экологической олимпиаде, которая в этом году проходила в г. Геленджике с 22 по 29 апреля, приняли участие 261 школьник из 60 регионов страны. Олимпиада проходила в два тура: I тур включал 7 тестовых заданий для 8–10-х классов и 9 заданий для 11-х классов, на II туре, как обычно, проходила защита экологических проектов.

При решении задач I тура, как и в прошлом году, нужно было не просто выбрать один правильный ответ из четырех, но и обосновать свой выбор, показав неправильность других трех ответов, – только тогда можно было надеяться на получение высшего бала.

Все проектные работы школьников предварительно (при заезде на олимпиаду) шифровались, а для выполнения письменных работ (тестовых заданий) выдавались специальные бланки.

I тур. Примеры тестовых задач

Развитие городов обусловлено влиянием самых разнообразных экологических факторов, среди которых основным НЕ является:

а) географическое положение;
б) гидрогеологические и климатические условия;
в) особенности рельефа;
г) видовое разнообразие .

Важной экологической особенностью городских насаждений по сравнению с естественными экосистемами являются:

а) разомкнутость круговорота воды;
б) естественное многообразие видового состава деревьев и кустарников;
в) естественное многообразие видового состава птиц и членистоногих;
г) разомкнутость круговорота биогенных элементов .

Выхухоль – редкий вид млекопитающих, занесенный в Красную книгу России. Средняя продолжительность жизни выхухоли в природе не превышает трех лет. Значительный урон природным популяциям наносит браконьерский лов рыбы сетями, в которых зверьки запутываются и погибают. В 1997 г. в национальный парк «Орловское полесье» из Окского заповедника в целях реакклиматизации перевезли 20 выхухолей (10 самцов и 10 самок). Зверьков выпустили тремя группами в озеро Рясник, Льговский пруд и реку Вытебень. В сентябре 2001 г. научные сотрудники провели учет и установили, что на территории парка проживает не менее 12 зверьков. Результаты реакклиматизации можно считать:

а) успешными, потому что зверьки были выпущены и затем обнаружены в трех различных биотопах (озеро, река, пруд);
б) успешными, потому что обнаруженные в 2001 г. выхухоли представляют аборигенное население ;
в) успешными, т.к. соотношение самцов и самок среди выпущенных в 1997 г. зверьков составляло 1:1, что обеспечивает стабильное воспроизводство популяции;
г) неуспешными, потому что в 2001 г. было обнаружено меньше особей, чем выпущено в 1997 г.

В 1991 г. в Архангельской области был создан Кенозерский национальный парк для сохранения природных и исторических культурных комплексов. Территория парка представляет собой нетипичную для подзоны средней тайги мозаику ландшафтов, включающую участки леса, поля, поселки, дороги, озера, болота, волоки и каналы. В настоящее время это уникальное разнообразие ландшафтов начинает исчезать – вся территория зарастает лесом. Оптимальным способом сохранения природно-культурного наследия Кенозерского национального парка может быть:

а) вырубка леса на территории парка;
б) перевод национального парка в категорию заповедника с полным запрещением хозяйственной деятельности;
в) привлечение большего числа туристов для посещения парка;
г) активизация традиционного природопользования на территории парка .

Известно, что саранчовые наносят существенный вред посевам и пастбищам. Ученые Новосибирского государственного университета показали, что злакоядные саранчовые играют важную положительную роль в минеральном питании растений в период вегетации, выступая в качестве «связующего звена» пастбищной и детритной цепей питания. Это можно объяснить тем, что саранчовые:

а) являются детритофагами;
б) выбрасывают вместе с выделениями микроорганизмы, переводящие азот из воздуха и почвы в усваиваемую растениями форму ;
в) выбрасывают вместе с выделениями микро-организмы, разлагающие целлюлозные остатки по-врежденных растений;
г) размывают круговорот биогенных элементов в системе почва–растение.

Согласно положениям системологии (синергетики), цель функционирования сложной системы состоит в обеспечении собственного устойчивого состояния. Система, таким образом, работает не только и не столько на настоящее, сколько на будущее. Тогда смысл деятельности человека по обеспечению устойчивого развития заключается в обеспечении:

а) устойчивого состояния человеческого сообщества;
б) устойчивого состояния системы природа–общество ;
в) устойчивости природных систем;
г) стабильного существования современной цивилизации.

В соответствии с экологическими законами любой вид способен к беспредельному росту численности, занимая все пригодные для жизни экологические ниши (так называемое давление жизни). Поэтому причиной существования редких и находящихся под угрозой исчезновения организмов являются:

а) виды деятельности человека, наносящие непоправимый ущерб биоразнообразию;
б) конкурентные межвидовые отношения;
в) конкурентные внутривидовые отношения;
г) факторы-ограничители, перекрывающие способность видов увеличивать свою численность .

В качестве одного из показателей эволюционного развития экосистемы используют соотношение продуктивности (Р) и биомассы (В) системы. На определенных стадиях эволюции это соотношение меняется в пользу увеличения продуктивности при относительно небольшой биомассе. Такие периоды соответствуют этапам накопления и «складирования» органического вещества, превращающегося в дальнейшем в залежи углей и нефти. В случае аутогенной эволюции (самопорождающейся, без вмешательства извне) соотношение Р/В:

а) увеличивается;
б) уменьшается ;
в) не изменяется;
г) отношение продуктивности к биомассе не связано с эволюционными процессами.

Перспективы роста населения Земли при:
I – стандартном снижении рождаемости и резком сокращении смертности; II – стандартном снижении рождаемости и стандартном сокращении смертности; III – резком снижении рождаемости и резком сокращении смертности; IV – резком снижении рождаемости и стандартном сокращении смертности

Современное развитие человечества характеризуется изменением закономерностей роста народонаселения и так называемым демографическим переходом. Демографический переход представляет собой:

а) период прекращения роста численности населения на Земле;
б) начало уменьшения численности населения на Земле;
в) период сокращения прироста населения на Земле ;
г) период резкого увеличения численности населения на Земле.

В биосфере многие процессы связаны так называемыми отрицательными обратными связями, которые обеспечивают относительное постоянство ее параметров. Несмотря на некоторые существенные колебания, концентрация углекислого газа в атмосфере Земли сохраняется в довольно узком интервале значений от 0,18‰ до 0,3‰ за последние 400 тыс. лет. Это относительное постоянство поддерживается благодаря:

а) взаимодействию углекислого газа с компонентами воды Мирового океана ;
б) действиям человека по снижению избыточной концентрации СО 2 ;
в) улетучиванию избытка углекислого газа через атмосферу в космос;
г) взаимодействию углекислого газа в системе почва–атмосфера.

Солнечная радиация и энергетический баланс Земли

Растения луговых экосистем отличаются большой интенсивностью фотосинтеза, что является основой их высокой хозяйственной продуктивности (учитывается надземная фитомасса, срезаемая при покосе или стравливаемая при пастьбе). Флористический состав лугового травостоя очень разнообразен, поэтому выделяют 4 группы растений по их хозяйственной значимости: злаки, бобовые, разнотравье, осоки. Наиболее высокой хозяйственной ценностью характеризуется группа, включающая:

а) ежу сборную, белоус торчащий, лютик ползучий, лапчатку прямостоячую (калган);
б) ежу сборную, тимофеевку луговую, клевер красный, тысячелистник обыкновенный ;
в) луговик дернистый, клевер ползучий, щавель пирамидальный, герань луговую;
г) ежу сборную, лядвенец рогатый, лютик золотистый, осоку волосовидную.

На аэродроме «Ульяновск» проводились ежемесячные исследования частоты столкновения самолетов с птицами. Всего за год отмечено 29 случаев столкновения (36 особей), четыре из которых привели к повреждению воздушных судов. Чаще всего самолеты сбивали полевых жаворонков, черных стрижей, кобчиков. По результатам исследований оказалось, что столкновения носят сезонный характер. Такой вывод был сделан потому, что число столкновений:

а) прямо пропорционально частоте полетов самолетов;
б) увеличивается зимой и летом;
в) увеличивается с каждым месяцем;
г) увеличивается весной и осенью .

Редкий европейский подвид среднего дятла характеризуется ярко выраженной приуроченностью к старовозрастным дубовым лесам. Тесная экологическая связь с дубом делает среднего дятла крайне уязвимым в связи с повсеместным сведением дубрав. Специалисты заповедника «Брянский лес» и Союза охраны птиц России проанализировали, как различные способы рубки леса влияют на сохранение местообитаний вида. Оказалось, что в наибольшей степени сохранению местообитаний среднего дятла угрожают:

а) ландшафтные рубки, при которых равномерно вырубаются деревья разных возрастов;
б) выборочные рубки, при которых удаляются деревья менее ценных, чем дуб, мелколиственных пород;
в) постепенные рубки, при которых спелый древостой вырубается вокруг групп подроста постепенно в течение 30–40 лет;
г) рубки ухода, при которых убираются усохшие, поврежденные, ослабленные, пораженные вредными насекомыми и болезнями деревья .

Толстая скорлупа ореха или волокнистая шишка, в которой упрятаны семена сосны, увеличивают время, затрачиваемое животным на извлечение единицы «настоящей пищи». Эта особенность, приводящая к тому, что потребителю остается меньше пищи, представляет собой:

а) тупиковую ветвь развития «жертвы»;
б) тупиковую ветвь развития «потребителя»;
в) средство физической защиты «жертвы» ;
г) средство химической защиты «жертвы».

Диапауза (состояние покоя у животных) хорошо изучена у насекомых. В жизненном цикле однолетнего насекомого – кобылки (сем. саранчовых, отряд прямокрылых) – присутствует облигатная диапауза, которая приходится на стадию:

а) личинки, и ее развитие приостанавливается;
б) яйца, и его развитие приостанавливается ;
в) личинки, и она перестает линять;
г) имаго, и насекомое перестает размножаться.

Зоомасса суши:

а) примерно равна фитомассе;
б) во много раз меньше фитомассы ;
в) значительно превышает фитомассу;
г) зависит от географического распределения автотрофов.

Примерно через 60 лет после вырубки большого участка в зоне смешанно-хвойных лесов образовался фитоценоз, в составе которого: в 1-м ярусе доминирует береза; во 2-м ярусе – береза и осина; в 3-м ярусе – «малорослые» древесные породы: клен, липа, рябина обыкновенная; в 4-м ярусе – кустарники (подлесок): бересклет бородавчатый, крушина, черемуха; в подросте, в основном, ель обыкновенная; в 5-м ярусе – травянистые растения: осока волосистая, купырь лесной, кислица обыкновенная, мхи, звездчатка злаковая и другие виды. Через 80–100 лет после вырубки структура древостоя, вероятно, будет характеризоваться тем, что:

а) сохранится березняк;
б) сформируется мелколиственный лес, т.к. береза и осина из второго яруса выйдут в первый и станут доминирующими видами в сообществе;
в) сформируется смешанный лес с преобладанием широколиственных пород, т.к. береза и ель будут создавать условия для их успешного развития;
г) сформируется еловый лес .

В России существуют регионы, где вероятность проявления негативных изменений в экосистемах и истощение природно-ресурсного потенциала во много раз выше допустимого, и, как следствие, у населения выше риск потери здоровья. Стратегия охраны окружающей среды в нашей стране направлена, в первую очередь, на недопущение появления таких зон экологического бедствия, к которым относятся территории:

а) с устойчивым повышенным уровнем антропогенной нагрузки, снижением плодородия почв, повышенным уровнем заболеваемости населения;
б) с необратимыми изменениями окружающей среды, повлекшими за собой существенное ухудшение здоровья населения, разрушение естественных экосистем ;
в) с устойчивыми отрицательными изменениями окружающей природной среды, происходящими в результате воздействия негативных антропогенных факторов и угрожающими здоровью населения, состоянию естественных экосистем;
г) в зоне допустимого экологического риска, на которых возможны негативные изменения в природной и окружающей среде, вызванные антропогенными или иными воздействиями.

II тур. Защита экологических проектов

Конкурсные экологические проекты предварительно распределялись по секциям и оценивались в баллах в три этапа.

I этап. Проект предварительно (до защиты) оценивался рецензентом по 14 показателям, при этом максимальная оценка по каждому показателю составляла 2 балла, т.е. всего можно было получить 28 баллов.

Показатели оценки рукописи.

1. Обоснованность темы проекта: целесообразность аргументов, подтверждающих актуальность темы.
2. Конкретность, ясность формулировки цели, задач, а также их соответствие теме проекта.
3. Инструментальность гипотезы: обеспечивает ли гипотеза достижение цели проекта или нет.
4. Фундаментальность обзора: использование современных основных работ по теме.
5. Всесторонность и логичность обзора: освещение значимых для достижения цели аспектов проблемы.
6. Теоретическая значимость обзора: как представлена и обоснована модель объекта, показаны ее недостатки.
7. Обоснованность методик: доказана логически и/или приведением фактов.
8. Доступность методик для самостоятельного использования автором (или авторами) проекта.
9. Логичность и обоснованность эксперимента (наблюдения), обусловленность логикой изучения объекта.
10. Наглядность (многообразие способов) представления результатов: графики, рисунки, схемы, фото.
11. Дискуссионность (полемичность): обсуждение полученных результатов с разных точек зрения, позиций.
12. Оригинальность позиции автора, наличие собственной позиции (точки зрения) на полученные результаты.
13. Соответствие выводов содержанию цели и задач.
14. Конкретность выводов и уровень обобщения: отсутствие рассуждений, частностей, общих мест, ссылок на других.

II этап. Участник заполняет бланк автореферата, содержащий 12 пунктов (без использования текста проекта). Максимальная оценка каждого вопроса также 2 балла, а общая – 24 балла.

1. Тема исследования.
2. Объект(ы) и изучаемое свойство (предмет).
3. Актуальность.
4. Цель исследования.
5. Задачи исследования.
6. Гипотеза.
7. Методика (по схеме: № – название метода – какое свойство и как вы изучали – полученные данные (размерность).
8. Оборудование и материалы (по схеме: № – название – назначение (для чего) – способ применения).
9. Схема опыта (эксперимента и/или наблюдения).
10. Статистическая обработка (кратко описать этапы).
11. Наглядное представление опытных данных (представить в виде диаграммы, гистограммы опытные данные, полученные в ходе исследования).
12. Выводы.

III этап. Заслушивание сообщения на предметной секции. Оценка производится тремя эксперта-
ми (членами жюри) по следующим 9 показателям (максимальная оценка за каждый показатель – 2 балла, а общая – 18 баллов).

1. Соответствие сообщения заявленной теме, цели и задачам проекта.
2. Структурированность (организация) сообщения, которая облегчает понимание его содержания.
3. Культура выступления – чтение с листа или рассказ, обращенный к аудитории.
4. Доступность сообщения: содержание проекта, его цели, задачи, методы и результаты.
5. Целесообразность, инструментальность наглядности, уровень ее использования.
6. Соблюдение временного регламента сообщения (не более 7 мин).
7. Четкость и полнота ответов на дополнительные вопросы по существу сообщения.
8. Владение специальной терминологией по теме проекта, использованной в сообщении.
9. Культура дискуссии – умение понять собеседника и аргументированно ответить на его вопрос.

Широту охвата экологических исследований можно представить по списку тем проектов, представленных только в одной секции – «Промышленная и урбоэкология»:

«Мусорный бум»;

«Экологическая оценка атмосферного воздуха в г. Вятские Поляны»;

«Изучение проблемы очистки сточных вод г.Череповца»;

«Комплексная биоиндикация токсичности буровых шламов»;

«Скрининг токсикоустойчивых растений для фиторемедиации химических отходов»;

«Производство биотоплива как способ использования древесных отходов на примере Арского лесхоза»;

«Бутилированная вода как альтернативный источник питьевого водоснабжения г. Казани»;

«Динамика изменения биомассы и состава микрофлоры при различных способах компостирования навоза»;

«Антропогенная трансформация почвенного по-крова в рекреационных зонах на примере Центрального парка г. Белгорода»;

«Современное использование альтернативных источников энергии»;

«Каталитический метод очистки воздуха от сернистого газа»;

«Утилизация и переработка твердых бытовых отходов в г. Новокуйбышевске»;

«Органическое земледелие сегодня: проблемы и пути решения»;

«Рециклинг полимерных отходов в г. Ульяновске».

Проекты на защиту представляли в виде презентаций на заседаниях секций: «Экология растений и животных», «Гидроэкология», «Промышленная экология и урбоэкология», «Экомониторинг и особо охраняемые природные территории», «Социальная и медицинская экология». Наибольшее число проектов было представлено на секциях промышленной экологии и урбоэкологии (50 работ) и экологии растений. Победителями олимпиады стали 117 школьников, завоевавших золотые, серебряные, бронзовые медали, а также грамоты.

В ходе олимпиады практически каждый день проходили «круглые столы» со школьниками и сопровождающими их руководителями. Были встречи с учеными и методистами, проходили мастерклассы, состоялась встреча всех участников олимпиады с председателем Комиссии по экологической без­опасности и охране окружающей среды Общественной палаты РФ, руководителем Центра экологической политики России, чл.корр. РАН, д.б.н., проф. В.М. Захаровым.

Школьникам была предложена очень интересная, насыщенная культурная программа с экскурсиями к Пшадским дольменам, на Маркотхский хребет, на Бигиусские водопады. Участники олимпиады совершили морскую прогулку до с. Джанхот с посещением дачи Короленко, посетили скалу «Парус», пицундский сосновый бор, а также дельфинарий, океанарий, краеведческий музей в г. Геленджике и др. Олимпиада завершилась дискотекой и фейерверком на площади перед дворцом культуры.

Экологические законы, изложенные во многих литературных источниках, и ознакомиться с ними не составляет большого труда. Для простоты и удобства мы здесь излагаем их по Г.А.Билявскому и др.(1993). Основные законы приводятся в алфавитном порядке.

1.ЗАКОН БИОГЕННОЙ МИГРАЦИИ АТОМОВ (или закон Вернадского). Основой миграции является преобладающее влияние живого вещества организмов. Живое вещество либо принимает участие в биохимических процессах непосредственно, либо создает соответствующую, обогащенную кислородом, углекислым газом, водородом, азотом, фосфором и другими веществами среду. Закон имеет большое теоретическое и практическое значение. Понимание всех химических процессов невозможно без учета действия биогенных факторов, в частности, - эволюционных. Сейчас человек влияет на функционирование всего. Негативное влияние его становится глобальным, неуправляемым (опустынивание, деградация, вымирание).

Этот закон позволяет "сознательно и активно упреждать развитие негативных явлений, управлять биохимическими процессами, используя мягкие экологические методы".

2.ЗАКОН ВНУТРЕННЕГО ДИНАМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ..

Вещество, энергия, информация тесно связаны между собой. Изменение одного вызывает изменение всех, но при этом сохраняются общие качества системы: вещественно-энергетические, информационные и динамические.

Следствия действия закона - после любых изменений обязательно развиваются цепные реакции, которые стремятся нейтрализовать эти изменения. Необходимо помнить, что незначительное изменение одного показателя может вызвать сильное отклонение у других и во всей экосистеме. Они могут быть необратимыми, перейти в глобальные. Изменения вызывают ответные реакции, которые обуславливают относительное постоянство эколого-экономического потенциала? Искусственный рост эколого-экономического потенциала ограничен термодинамической устойчивостью природных систем. Это ответ на вопрос конечен ли рост эколого-экономического потенциала. Это один из самых главных законов в природопользовании. Он показывает, что работает свойство саморегулирования, свойство восстанавливаться, но при "соблюдении" закона экологического императива. Превышение требований экологического императива влечет за собой непредвиденные изменения на локальном, региональном и глобальном уровнях.

3.ЗАКОН ГЕНЕТИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ.

Все живое генетически разное и имеет устойчивую тенденцию к увеличению биологического разнообразия. Это важно в сфере биотехнологии (генная инженерия, биопрепараты) потому, что, благодаря этому закону, всегда можно предвидеть результат нововведений во время выращивания новых микрокультур через возникающие мутации, либо распространения действия на те виды организмов, на которые они были рассчитаны.

4.ЗАКОН ИСТОРИЧЕСКОЙ НЕОБХОДИМОСТИ.

Развитие биосферы и человечества как целого не происходит от более поздних фаз к начальным, общий процесс развития однонаправленный. Повторяются лишь отдельные элементы социальных отношений (рабство) или типы хозяйствования. Этот закон вероятнее всего социальный, а не экологический. Целесообразно проанализировать действия с действиями этого закона в природе.

5.ЗАКОН КОНСТАНТНОСТИ: (сформулированный В.Вернадским).

Количество живого вещества биосферы (за определенное биологическое время) является величиной постоянной. Этот закон тесно связан с законом внутреннего равновесия. По закону константности любое изменение количества живого вещества в одном из регионов биосферы неизбежно приводит к таким же по объему изменениям вещества в другом регионе, но с противоположным знаком. Следствием действия закона есть правило обязательного заполнения экологических ниш.

6.ЗАКОН КОРРЕЛЯЦИИ (сформулированный Ж.Кювье).

В организме, как в целостной системе все части соответствуют друг другу как по строению, так и по функциям. Изменения одной части неизбежно вызывают изменения в других.

7.ЗАКОН МАКСИМИЗАЦИИ ЭНЕРГИИ (сформулированный Г.Ю.Одумом и дополнен Н.Реймерсом).

В конкуренции с другими системами сохраняется та из них, которая больше всего способствует поступлению энергии и информации и использует максимальное их количество и наиболее эффективно. Максимизация - это повышение шансов на выживание. По этому закону система создает хранилище (накопители) высококачественной энергии, которая должна обеспечить: а)поступление новой энергии; б) нормальный круговорот; в) создает механизм регулирования, поддержания; г) устойчивость системы и ее способность приспосабливаться к изменениям; д) налаживание обмена с другими системами.

8.ЗАКОН МАКСИМУМА БИОГЕННОЙ ЭНЕРГИИ (закон Вернадского-Бауэра).

Любая биологическая и "бионесовершенная" система с биотой, которая пребывает в состоянии "устойчивого неравновесия" (динамически подвижного равновесия с окружающей средой), увеличивает, развиваясь, свое влияние на среду. По Вернадскому выживают те, которые увеличивают биогенную геохимическую энергию. По мнению Бауэра все живые системы никогда не бывают в состоянии равновесия и выполняют за счет своей свободной энергии полезную работу против равновесия, которого требуют законы физики и химии при существующих внешних условиях. Этот закон является основой для разработки стратегии природопользования.

9.ЗАКОН МИНИМУМА (сформулированный Ю.Либихом).

Устойчивость организма определяется наиболее слабым звеном в цепи его экологических потребностей. При удовлетворении минимума количества и качества экологических факторов организм выживает, если минимума нет, то система разрушается. Поэтому всегда нужно искать наиболее слабое звено.

10.ЗАКОН ОГРАНИЧЕННОСТИ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ.

Все ресурсы исчерпаемы. Планета является природно-ограниченным телом и на ней не могут существовать бесконечные составные части.

11.ЗАКОН ОДНОНАПРАВЛЕННОСТИ ПОТОКА ЭНЕРГИИ.

Энергия, которую получает экосистема и которая усваивается продуцентами, рассеивается либо с биомассой необратимо передвигается консументам I, II и III порядков, а затем редуцентами. На каждом трофическом уровне происходят большие потери (не более 0,25% начальной энергии возвращается в обратную сторону). Именно поэтому, термин "круговорот энергии" является достаточно условным.

12.ЗАКОН ОПТИМАЛЬНОСТИ.

Ни одна система не может сужаться или расширяться до бесконечности. Ни одни организм не может превышать определенные размеры, которые обеспечивают поддерживание его энергетики. Размеры зависят от условий питания и факторов существования. В природопользовании - это размеры участков полей, выращиваемых животных, растений. Несоблюдение закона приводит к неестественному однообразию на больших территориях (монокультурность), вызывает нарушения функционирования экосистем, экологические кризисы.

13.ЗАКОН ПИРАМИДЫ ЭНЕРГИИ (сформулирован Р.Линдеманом).

С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходит в основном не более 10% энергии. Этот закон - основа планирования обеспечения населения продовольственными и другими ресурсами.

14.ЗАКОН РАВНОЗНАЧНОСТИ УСЛОВИЙ ЖИЗНИ.

Все природные условия среды необходимые для жизни играют равнозначные роли. Из этого следует другой закон - закон совместного действия экологических факторов, который часто игнорируется.

15.ЗАКОН РАЗВИТИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

Любая природная система развивается лишь за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей среды.

Абсолютно изолированное саморазвитие невозможно - это вывод из закона термодинамики. Следствие закона:а)абсолютно безотходное производство невозможно; б)более высокоорганизованная биотическая система является постоянной угрозой для менее организованных, поэтому в биосфере не возможно повторное зарождение жизни - оно будет уничтожено уже существующими организмами; в)биосфера Земли как система развивается за счет внутренних и космических ресурсов.

16.ЗАКОН УМЕНЬШЕНИЯ ЭНЕРГООТДАЧИ В ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИИ.

В процессе получения от природной системы полезной продукции со временем (в историческом аспекте на ее изготовление в среднем затрачивается все больше энергии) увеличиваются энергетические затраты на одного человека.

Сейчас в 60 раз больше расходы энергии за сутки, чем во времени на ших далеких предков, т.е. несколько тысяч лет назад. Бесконечно ли это? Это можно и следует рассчитывать, планируя свои отношения с природой в целях их гармонизации.

17.ЗАКОН СОВМЕСТНОГО ДЕЙСТВИЯ ПРИРОДНЫХ ФАКТОРОВ (закон Митчерлиха - Тинемана - Бауле).

Объем урожая зависит не от отдельного, пусть даже лимитирующего фактора, а от всей совокупности экологических факторов одновременно. Закон имеет силу при определенных условиях - когда влияние монотонно и максимально проявляется каждый фактор при неизменности других в той совокупности, которая рассматривается.

18.ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ (закон Шелфорда).

Лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум экологического влияния, диапазон между которыми определяет степень устойчивости (толерантности) организма к данному фактору. По этому закону любое чрезмерное количество вещества или энергии в экосистеме становится ее врагом, загрязнителем.

19.ЗАКОН ПОЧВОУТОМЛЕНИЯ. (уменьшения плодородия): постепенное снижение природного плодородия почв происходит из-за длительного их использования и нарушения природных процессов почвообразования, а также длительного выращивания монокультур (это накопление токсичных веществ, выделяемых растениями, остатки пестицидов и минеральных удобрений).

20.ЗАКОН ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОГО ЕДИНСТВА ЖИВОГО ВЕЩЕСТВА (сформулированный В.Вернадским). Все живое вещество Земли имеет единую физико-химическую природу. Это означает, что вредное для одного живого вещества является вредным и для другого, но в различной степени. Здесь есть лишь устойчивость видов к действию того или иного агента. Устойчивость к физико-химическому воздействию, скорость отбора по устойчивости популяции к вредному агенту прямо пропорциональна вредности размножения организма и чередования поколений. Это означает, что длительное употребление пестицидов нецелесообразно, поскольку вредители быстро приспосабливаются и возникает необходимость увеличивать количество внесения пестицидов.

21.ЗАКОН ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ КОРРЕЛЯЦИИ: в экосистеме, как и в любой другой все виды живого вещества и абиотические экологические компоненты функционально соответствуют друг другу. Выпадение одной части системы (вида) неизбежно приводит к исключению другой части и к функциональным изменениям.

22.ЗАКОН НЕОГРАНИЧЕННОСТИ ПРОГРЕССА. Он определяется неограниченным развитием от простого к сложному в пределах биологической формы движения материи. Суть закона состоит в том, что все живое в своем вечном непрерывном и абсолютном движении стремится к относительной независимости от условий среды существования. Но при этом понятно, что ничто не может освободиться от среды жизни.

Американский ученый Б.Коммонер дал определение 4 известным законам экологии:1) все связано со всем; 2)все должно куда-нибудь деваться; 3)природа лучше "знает"; 4)ни что не происходит бесследно (за все нужно платить).

Н.Реймерс указывает, что первый закон Коммонера близок по сути к закону внутреннего динамического равновесия; второй - к этому же закону и к закону развития природной системы за счет окружающей среды; третий - предостерегает нас от самоуверенности; четвертый - эту проблему рассматривает закон внутреннего динамического равновесия, законы константности и развития природной системы. По четвертому закону Коммонера мы должны возвращать природе то, что берем от нее, иначе катастрофа неизбежна.

Таким образом, за последние тридцать-сорок лет экология стала многогранной комплексной наукой, главной целью которой является разработка научных основ спасения человечества и среды его существования - биосферы планеты, рациональное природопользование и охрана природы. Поэтому сейчас, когда экологическим воспитанием охвачены все массы населения на планете, знание экологических законов поможет человечеству найти правильные пути к выходу из экологического кризиса. Знание экологических законов позволит взвешенно, обдуманно предвидеть далекую перспективу.

Все выше приведенное свидетельствует о том, что одна часть приведенных выше законов является типичными для традиционной (геккелевской) экологии и служит фундаментальной базой для неоэкологии, другая - несомненно является неоэкологической, и, наконец, третья часть являются актуальной и для традиционной экологии и для неоэкологии.

Правила в общем виде можно трактовать как эмпирические следствия из различных экологических законов.

Эколого-термодинамическое правило Г.Одума, сформулировано автором в 1967 году, он опирался на концепции А.Лотки (1925) и Э.Шредингера (1945) относительно взаимоотношений между термодинамикой и экологией - в любой сложной системе реально существующего мира первостепенную важность имеет поддержание процессов, идущих против температурного градиента (по Дедю, 1990, стр.364).

Правило неизбежности цепных реакций (следствие из закона внутреннего динамического равновесия).

Правило нелинейности внутренних взаимодействий (второе следствие из закона внутреннего динамического равновесия).

Правило необратимости нарушений (третье следствие из закона внутреннего динамического равновесия).

Правило постоянства эколого-экономического потенциала (четвертое следствие из закона внутреннего динамического равновесия).

Правило 10% процентов (см.закон Линдемана или закон пирамиды энергий).

Правило "мягкого" управления. Мягкое, значит - опосредованное, направляющее, восстанавливающее природный баланс, а жесткое - это технологическое. Его можно назвать правилом целесообразного преобразования природы. Это восстановление бывшей естественной продуктивности или ее повышения на основе объективных законов.

Правило 1% процента - изменение энергетики природных систем в пределах 1% выводит природные системы из равновесного (квазистационарного) состояния. Когда происходит переход величины суммарной энергии за 1% от энергии солнечного излучения, это приводит к существенным аномалиям - резким климатическим аномалиям (мощным циклонам, извержениям вулканов и т.д.), переменам в характере растительности, крупным пожарам и т.д.

Принципы направленности эволюции (Л.Онсагера) или закон минимальной диссипации (рассеивания) энергии и другие эволюционные теоремы экологии. Эволюция всегда направлена на снижение рассеивания энергии, на ее неравномерное распределение. Этот принцип среди других принципов экологии и природопользования служит для расшифровки закона оптимальности.

Принцип катастрофического толчка - резкие изменения среды сначала ведут к снижению разнообразия, а затем к взрыву формообразования.

Принцип сукцессионного замещения - биотические сообщества формируют закономерный ряд ЭС, ведущий к наиболее устойчивой в данных условиях природной системе. Это следствие из систематического закона.

Принцип Ле Шателье-Брауна - при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект воздействия ослабляется. Он, в числе других в значительной мере объясняет причины действия закона снижения энергетической эффективности природопользования - чем больше отклонение от состояния экологического равновесия, тем значительнее должны быть энергетические затраты для ослабления противодействия природных систем этому отклонению.

Принцип обманчивого благополучия - первые успехи (или неудачи) в природопользовании по преобразованию природы или управлению ею объективно оцениваются лишь после выявления хода и результатов природных цепных реакций (10-30 лет) в пределах естественного природного цикла (молодой лес сначала может иссушать землю, а затем ведет к повышенному увлажнению территории).

Принцип Реди - живое происходит только от живого, между живым и не живым веществом существует непроходимая граница. Принцип был заново сформулирован В.И.Вернадским в 1924 году.