مقدمه

بشر از آغاز خلقت از محيط زيست خود و مواهبي که از آن در اختيار مي گيرد لذت برده و مي برد. تاريخچه مدنيت بشر هم که با پيشرفت تجهيزات و وسايل همراه بوده به سطحي رسيده که امروزه شاهد آن هستيم. آسيب هاي بشر از سطح اندک تا خسارات کلان همراه با ضايعات مختلف در محيط زيست همراه بوده و البته بشر توانسته ضمن ايجاد آسيب و ضررهاي گوناگون در محيط زيست به پيشرفت هاي قابل ملاحظه اي هم دست يابد. زندگي مدرن اجتماعي / اقتصادي سبب تغييرات، تداخلات و کنش و واکنش هايي بين انسان وطبيعت گرديده است. متأسفانه هماهنگي لازم در بخش هاي مختلف توسعه و در سراسر جهان وجود ندارد. امروزه دو سوم مردم جهان در کشورهاي در حال توسعه زندگي مي نمايند. شمار عظيمي از آنها از آب اشاميدني سالم استفاده نمي کنند و مواد غذايي کافي در اختيار ندارند. بسياري از بچه هايي که در اين نواحي متولد مي شوند، هرگز به سن پنج سالگي نمي رسند. سهم عمده اي از بي تعادلي هاي زيست محيطي برعهده فعاليت هاي انساني مي باشد. افزايش و رشد جمعيت بشري تهديد و آسيب بزرگي روي محيط زيست بوده و همين يک درگيري و چالش عظيمي را بين انسان با طبيعت آغاز کرده است. آشنايي با محيط و مفاهيم تخصصي آن مي توانند سطح آسيب ها را تقليل داده و امکان سازش وتعادل نسبي را بين انسان و محيط زيست به وجود آورد. يکي از مفاهيم اصلي که در محيط زيست مطرح مي شود کلمه اکولوژي است. اصولاً اکولوژي از دو کلمه اکو به معني خانه يا محيط و لوژي به معني شناخت و مطالعه تشکيل شده است و در فارسي به صورت بوم شناسي، محيط شناسي و يا به شکل مشهور آن همان اکولوژي، کاربرد آن متداول است. بنابراين دانش اکولوژي که از روابط متقابل موجودات زنده با يکديگر و مواد بي جان که در محيط زيست وجود دارند صحبت مي کند، کليد و پايه اي براي ورود به دانش و پهنه بيکران محيط زيست است.

اصولاً علم محيط زيست، دانش کاربرد مطالعات متنوع و گسترده در مديريت زيست محيطي است. در يک مفهوم اکولوژي و محيط زيست هم معني هستند. محيط زيست ممکن است به صورت زير تقسيم بندي شود:

محيط زيست طبيعي؛ شامل آب ، هوا، خاک ، جنگل ، حيات وحش و ...

محيط زيست مصنوعي ،ساخته دست بشر و يا انسان ساخت، شامل محل کار، مسکن ، تکنولوژي ،حمل ونقل، نيروگاه هاي توليد انرژي و...

در تقسم بندي ديگر:

محيط زيست طبيعي شامل محيط فيزيکي ، شيميايي و بيولوژيک.

محيط زيست اجتماعي / اقتصادي. که البته جدا سازي و ايجاد مرزها بين اين تقسيم بندي ها در عمل مقدور نمي باشد.

در يک مفهوم کلي محيط زيست به مفهوم همه شرايط، موقعيت ها و چيز هايي اطلاق مي شود که زندگي را احاطه کرده و برآن نفوذ دارد و يا تأثير مي گذارد. در يک تعريف ساده، اکولوژي علم مطالعه موجودات زنده ( گياهان و جانوران ) در محيط زيستي است که آنها را احاطه نموده و در حقيقت اين محيط زيست، خانه آنهاست. بنابراين اکولوژي علم مطالعه ساختار و عمليات طبيعت است و رابطه موجودات زنده را با محيط آن مورد بحث قرار مي دهد.

فرد اساس يا واحد عمليات در اکولوژي است که به صورت مستقيم با محيط زيست خود کنش و واکنش دارد. مجموعه افراد داراي ويژگي هاي مشابه که در يک فضاي مشخص زندگي مي کنند تشکيل گونه را مي دهند.

جمعيت گروه هايي از افراد و اعضا گونه هايي هستند که در يک فضا و زمان مشخص زندگي مي کنند و يا وجود دارند. بايد توجه نمود که از جمعيت مفاهيم مختلف بيولوژيک، اجتماعي / اقتصادي و جغرافيايي برداشت مي گردد. مجموعه جمعيت ها که در يک فضاي مشخص و قابل تعريف زندگي مي کنند تشکيل جامعه را مي دهند. جامعه در بردارنده رابطه بين گونه ها بوده و گونه ها ممکن است براساس نقش آنها در جامعه تقسيم بندي شوند. به نقش و جايگاه هرگونه در جامعه، Niche گفته مي شود.

اکوسيستم ها جوامع زنده اي هستند که با محيط زيست فيزيکي خود کنش و واکنش دارند و به آنها سيستم اكولوژيك هم گفته مي شود. اين واکنش ها و تداخلات شامل تعويض هاي دوره اي از عناصر و ترکيباتي نظير اکسيژن، ازت، کربن، آب و ساير مواد غذايي مي باشد. اين تعويض و مبادله به نام چرخه هاي بيوژئوشيميكال شناخته شده و در بردارنده جرياني از انرژي است.

بيوماس؛ اکوسيستم هاي منطقه اي بزرگ با گياهان و جانوران اختصاصي هستندکه منطقه وسيع جغرافيايي را در بر مي گيرد و مي پوشاند، به عنوان مثال انواع بيوم هايي نظیر Desert ,Tropical Rain Forest ,Grassland ,ConiferousForest قابل ذکر هستند. مجموعه جوامع و بيوم ها دنياي بيوسفر را تشکيل مي دهند.

بنابراين بيوم گروهي از اکوسيستم ها است که توليد کنندگان و مصرف کنندگان در آن زيستگاه مشابهي دارند. بيوم بزرگترين واحد جامعه سرزميني است که به راحتي تشخيص داده مي شود. در هر صورت يک سيستم با ترکيبات بيولوژيک، يک سيستم بيولوژيک يا اکوسيستم را تشکيل مي دهد. در يک تجزيه و تحليل اوليه اکوسيستم ها به طور قابل ملاحظه اي شامل چهار قسمت اصلي است:

- ترکيبات بي جان

- توليد کنندگان

- مصرف کنندگان

- متلاشي کنندگان

اصطلاح آبوتيك؛ به مفهوم بدون زندگي يا بدون حيات است. ترکيبات معدني نظير آب، اکسيژن، NaCl، ازت و CO2و ... که معمولاً خارج از بدن موجود زنده وجود دارند ولي آنها بعداً در قسمتي از بدن موجود زنده در مي آيند، ترکيبات بي جان هستند.

Producer ؛ گياهان سبز و باکتري هايي هستند که سنتز ترکيبات آلي را انجام مي دهند و به آنها آتوتروفيك يا خود توليد کننده هم گفته مي شود، زيرا آنها ترکيبات مغذي و مواد الي فرآوري شده را مي گيرند و پروتوپلاسم زنده از آنها شکل مي گيرد. همه گياهان سبز، جلبک ها و سيانوباکتري ها(Blue-Green Algae) موجودات توليد کننده هستند زيرا آنها موجب عمل فتوسنتز مي شوند معادله عمومي فتوسنتر به شرح زير است.

CO2 + H2O انرژي خورشيد (CH2O) + H2 + H2O + O2

يا

6CO2 + 6H2O انرژي خورشيد C6H12O6 + 6O2

بعضي از باکتريها قادر به انجام سنتز شيميايي هستند. براي مثال باکتري هاي گوگرددار شيميوهتروتروف هستند و قادرند گوگرد را اکسيده کرده، توليد يون سولفات --SO4 نموده و يک پايه در سنتز مواد آلي باشند. بعضي باکتري هاي تثبيت کننده ازت نظير نيتروزوماز آمونياک را اکسيد کرده تبديل به نيتريت -No2 نموده و سپس توسط باکتري هاي ازتي به-No3 يا نیترات تبديل مي شود. در هرصورت مهمترين توليد کنندگان، گياهان سبز هستند که سبب تثبيت کربن مي شوند. اين گروه از موجودات زنده را با نام آتوتروفيك مي خوانند که خود باعث توليد و تثبيت انرژي مي گردند.

مصرف کنندگان در نگرش اکولوژيک، موجوداتي هستند که مواد آلي فراهم شده توسط گياهان و باکتري هاي شيموسينتيك را مصرف مي نمايند. حيوانات که قادر نيستند مواد پايه غذايي خود را تامين و توليد نمايند به نام هتروتروفيك گفته مي شوند و به اين مفهوم است که آنها منابع غذايي متنوع و متعددي دارند. مصرف کنندگان اوليه به نام علف خوار گفته مي شوند که مستقيماً ترکيبات اوليه توليد شده توسط گياهان را مصرف مي کنند. مصرف کنندگان ثانويه که تماماٌ يا قسمتي و تا حدي به مواد غذايي حيواني وابسته اند. مصرف کنندگان گروه سوم و چهارم که در گروه هاي تکاملي بالاتري قرار دارند، در دسته مصرف کنندگان، در زنجيره غذايي خاص تعريف مي شوند. به همه مصرف کنندگان در زنجيره غذايي در يک جامعه، ساختارتروفيك يک اکوسيستم گفته مي شود.

Detritus؛ شامل موجودات زيادي هستند ( از جملهScavengers ) که مواد مرده را مصرف کرده و انرژي مورد نياز خود را از متلاشي کردن اين مواد به دست مي آورند. بسياري از بي مهرگان موجود در خاک از جمله کرم خاکي ها از اين گروه اند.

انگل ها، مصرف کنندگان اختصاصي هستند که روي گياهان و حيوانات زندگي مي کنند و مواد غذايي خود را مستقيماٌ از آنها به دست مي آورند و ممکن است به صورت انگل داخلي و يا بيروني باشند.

بيشتر اکوسيستم ها کامل بوده و از چهار جز اصلي مذکور تشکيل شده اند ولي اکوسيستم هاي ناقص هم وجود دارند، که يک يا بيشتر از اين ترکيبات را ندارند. در يک نگرش، شهرها مي توانند به عنوان اکوسيستم هاي ناقص تعريف شوند و اين به فضايي که آنها را احاطه کرده بستگي دارد. به شهرها نه تنها مواد غذايي، بلکه آب تازه هم بايد وارد کرد و در همان زمان شهر ها صادر کننده ضايعات و مواد زايد هستند. اکوسيستم ناقص مي تواند به طور اختصاص درجايي که توليد کننده و متلاشي کننده حضور دارند در غياب مصرف کننده شکل گيرد، يک مثال از اين دست، رشد فزاينده جلبک هاي سبز در اکوسيستم هاي آبي است، وقتي که يک ماده شيميايي سمي شرايط نامطلوب را ايجاد مي نمايد.

يک سيستم به طور طبيعي و منظم، فرواني ترکيباتي را که در آن وجود دارند کنترل مي نمايد. به عنوان مثال وقتي که شرايط براي توليد مطلوب مي گردد مصرف کنندگان افزايش مي يابند که همين خود روي کميت توليد کنندگان تاثير خواهد گذاشت. درچنين حالتي افزايش توليد کنندگان به نام بازخورد مثبت گفته مي شود، در حالتي که افزايش مصرفه کنندگان سبب بازخوردمنفي مي گردد. افزايش فزاينده و شديد مي تواند به متلاشي شدن منتهي گردد. بنابراين اکوسيستم شبکه اي از تعادل و چک کردن است. اين حالت سيستم خود نظمي را Cybernetic مي گويند. ولي البته اين به مفهوم پايداري هميشگي اکوسيستم ها نمي باشد. اکوسيستم ها معمولاً در طول زمان به آهستگي، طي مراحل اکولوژيک، تغيير مي يابند که به آن Succession گفته مي شود و مراحل آن به نام Seres Stages يا Seral مشهور است. اکوسيستم ها ممکن است داراي ويژگي هاي جواني، انتقال و پيري يا بلوغ باشند. مرحله جواني اکوسيستم كه Pioneer گفته مي شود داراي تنوع بيولوژيک اندک بوده، بيوماس کم و ذخيره غذايي تقليل يافته و توليد در سطح بالاست. مرحله بلوغ اکوسيستم به كليماكس معروف است که معمولاً داراي تنوع بيولوژيکي يا گونه هاي بيشتر، بيوماس بالا و توليد مواد غذايي در آن در سطح قابل ملاحظه است. با توجه به مطالب گذشته، مصرف کنندگان مي توانند در چهار گروه اصلي زير قرار گيرند:

Herbivores؛ مصرف کنندگان اوليه و آن دسته از حيوانات که مستقيماً از گياهان تغذيه مي نمايند.

Carnivores؛ آنهايي که به مصرف کنندگان ثانويه هم معروف مي باشند و از غذاهاي حيواني استفاده مي کنند.

دسته اي از موجودات تحت عنوان گوشتخواران عالي شناخته شده اند.

Omnivores، که به همه چيز خوار هم معروف اند. به موجودات زنده اي اطلاق مي شود که مواد غذايي خود را از گياهان و حيوانات به دست مي آورند.

متلاشي کنندگان عمده يعني باکتري ها و قارچ ها، نقش مهمي را در تعادل هاي اکولوژيک داشته با متلاشي کردن اجساد، بقاياي گياهان و حيوانات، سبب آزاد شدن مواد اوليه غذايي در محيط زيست مي گردند، که مورد نياز توليد کنندگان بوده ولازم است در دسترس آنها قرار گيرد. مواد آلي توسط قارچ ها و باکتريها متلاشي شده و تبديل به موادي مي گردند که به آنها Detritus گفته مي شود و سپس توسط شکارچي ها و Detritivores اين مواد مورد استفاده قرار مي گيرند و در حقيقت حيوانات خاصي از اين مواد متلاشي شده بهره مي برند.

چرخه مواد به انتقال مواد غذايي از يک سطح تروفيکي به سطوح ديگر اطلاق مي گردد. بايد توجه داشت علاوه برمواد معدني و ترکيبات آلي، رژيم هاي آب و هوايي که شرايط مطلوب فيزيکي را براي کنش و واکنش موجودات زنده فراهم مي نمايند، مثل نور، رطوبت، حرارت و ... در تداوم اين سيکل دخالت داشته و ضرورت دارند.

اصولاً به موجودات زنده اي که ساير موجودات زنده را مصرف مي نمايند Biophages و موجوداتي که از لاشه و مرده ساير موجودات زنده تغذيه مي نمايند Saprophages گفته مي شود. ارگانيسم هايي که قادر هستند مواد آلي تازه را متلاشي کنند تحت عنوان Zymogenous معروف اند که از نظر اکولوژيک با آن دسته از ميکروارگانيسم ها که هوموس را متلاشي مي نمايند و به آنها Autochthonous گفته مي شود متفاوت اند. اين ترکيبات هوميک در حاصلخيزي خاک بسيار مهم اند. در مطالعه بيواكولوژي بيواكولوژي و شناخت از علم اکولوژي، گياهان و جانوران هر دو از اهميت والايي برخوردار مي باشند. بعضي از دانشمندان علم اکولوژي را به دو زير مجموعه تقسيم مي نمايند.

اتواكولوژي؛ که مطالعه افراد، ارگانيسم ها يا گونه ها در رابطه با محيط زيست آنها مي باشد. بنابراين در اين نوع اکولوژي هدف مطالعه افراد و يا جميعت هاست.

Synecology؛ مطالعه گروه هايي از ارگانيسم ها در مقايسه گونه هاي مختلف در رابطه با محيط زيست آنها مي باشد و لذا اين دانش، مطالعه جوامع است.

اکولوژي ممکن است براساس زيستگاه تقسيم گردد يعني جايي که موجود زنده در آن زندگي مي نمايد مثلاًً:

Oceanography؛ که مطالعه اکولوژي دريايي و اقيانوس ها است.

Limnology؛ که علم مطالعه اکولوژيک آب هاي شيرين مي باشد.

Terrestrial Ecology؛ که مطالعه موجودات زنده اي است که در خشکي و يا خاک زندگي مي نمايند.

شکل زندگي حيوانات و گياهان در نواحي مختلفي که زندگي مي کنند متفاوت است. گروهي از آنها تحت عنوان شکارچي ياد مي شوند که اين موجودات معمولاً با کشتن حيوانات و مصرف کردن لاشه ساير موجودات زندگي مي نمايند. حيواني که شکار مي شود به نام Prey معروف است.

گاهي اوقات رقابت در مصرف و استفاده از منابع محدود بين موجودات زنده براي بقاي آن ها، شرايطي را تحت عنوان رقابت به وجود مي آورد. اين رقابت ممکن است بين اعضا همان گونه و يا بين اعضا گونه هاي مختلف صورت گيرد. اصطلاح Benthic به لايه هاي پاييني از بدنه آب و ارگانيسم هاي موجود در آن اطلاق مي شود.

اختصاصات ساختاري و فيزيولوژيک گونه

اين ويژگي ها براساس موارد زير مشخص و تعريف مي شوند:

- بيوتيپ؛ اختصاصات نژادي گروهي از افراد است که داراي ويژگي هاي مشخص ژنتيکي مي باشند.

- اكوتيپ؛ خصوصيات اکولوژيک گونه را تعريف مي کند ويا نشان مي دهد.

- ژنوتيپ؛ در رابطه با خصوصيات و ويژگي هاي ژنتيکي گونه بحث مي نمايد.

- فنوتيپ؛ قسمت مشهود و قابل اندازه گيري اختصاصات فيزيکي و بيوشيميايي ارگانيسم هاست.

اکوسيستم ها به طور عمده اي پيچيده و ديناميک هستند و بايد در سيستم هاي خاصي بررسي و مطالعه گردند. تجزيه و تحليل سيستم يک روش منطقي علمي براي مطالعه اين پديده پيچيده است که در چندين مرحله صورت مي پذيرد.

- تدابير سيستمي؛ که در آن اهداف مشخص مي شوند و داده ها براساس هدف بدست مي آيند.

- تجزيه و تحليل اطلاعات؛ که در آن روابط آماري بين متغير ها، مورد آزمون قرار مي گيرد و متغيرهاي کليدي در نظم سيستم معرفي مي گردند.

- مدلسازي سيستم؛ که در آن مدل هاي عملي يا رياضي براساس تفسيرمتغيرها شکل مي گيرند.

شبيه سازي سيستم؛ در اين مرحله، آزمون هاي رياضي براي مدلينگ و پيش بيني مترادف ها، صورت مي گيرد.

- بهينه سازي سيستم؛ که بهترين استراتژي ها براي دستيابي به اهداف انتخاب مي شوند. اين نگرش مشابه و برپايه روش استانداردهاي علمي است که شامل:

- توصيف

- طبقه بندي و رده بندي

- شکل گيري هيپوتز

- تجربه کردن يا به کار بردن

- آزمون و تست

انتقال انرژي از گياهان طي مراحل مختلف به ساير موجودات زنده تحت عنوان زنجيره غذايي گفته مي شود که نشان از وابستگي موجودات زنده به يکديگر است. اصطلاح سطح تروپيك به سطوح زنجيره غذايي اطلاق مي گردد که گروهي از موجودات زنده انرژي مورد نياز خود در همان راه به دست مي آورند. گياهان سبز و باکتري ها اولين سطوح تروفيکي را تشکيل مي دهند و همانطور که گفته شد ترکيب ويژه اي از اين سطوح در يک اکوسيستم تحت عنوان ساختار تروپيك شناخته مي شود. معمولا اکوسيستم ها 3 تا 6 سطح تروفيکي داشته که مواد و انرژي در آنها عبور مي نمايند و موجودات زنده مختلف، به تناسب و شرايط خاص خود، در اين سطوح قرار مي گيرند.

- هموستازيس اكوسيستم؛ يک اصطلاح فني است که براي تعادل طبيعي به کار برده مي شود. يک شرايط هموستازي در يک اکوسيستم، شامل همه جنبه هاي عملياتي اکوسيستم است که مرتبط با تعادل هستند. بنابراين يک نوع تعادل بين توليد کنندگان، مصرف کنندگان و متلاشي کنندگان و همچنين در بين گونه هايي که در سيستم هستند وجود دارند. هموستازي در حقيقت تمايل اکوسيستم هاي طبيعي به مقاومت در قبال تغييرات و باقي ماندن در يک حالت موازنه بوده و نمونه مهم آن سيستم درجه حرارت بدن انسان است.

- هرم هاي اكولوژي؛ هرم هاي اکولوژيک، دياگرام هايي هستند که نماينده داده هاي موجود محصولات، در هر سطح تروفيکي مي باشند. سه نوع هرم اکولوژيک وجود دارد:

- هرم براساس تعداد؛ براساس شمار افراد ارگانيسم هايي که نمايش داده مي شود يا وجود دارند که ممکن است تدريجاً کاهش يابند يا افزايش پيدا کنند.

- هرم براساس بيوماس؛ که بر پايه مجموع وزن خشک و ارزش کالري قابل اندازه گيري از مجموع مقدار ماده يا توده زنده مي باشد.

- هرم براساس انرژي؛ براساس نرخ جريان انرژي يا بهره وري در هر سطح تروفيکي است.

مهمترين عملياتي که در اکوسيستم ها انجام مي شود به طور خيلي خلاصه عبارتند از:

- Energy Circuits؛ جريان گردش و مصرف انرژي براي ترميم، توليد مثل و...

زنجيره غذايي؛ زنجيره غذايي نقش بسيار مهمي در تداوم، ارتباط و تبادل اکوسيستم به عهده دارد.

- الگوهاي تنوع زيستي

- Nutrient؛ به صورت Biogeochemical منبع مواد غذايي هستند.

- توسعه و تکامل

- كنترل