Реферат Курсовая Конспект
Экология: электронный учебник. Учебник для ВУЗов - раздел Философия, ...
|
Автор: Передельский Л.В., Коробкин В.И., Приходченко О.Е.
Название: CD Экология: электронный учебник. Учебник для ВУЗов
Год: 2009
Издательство: КноРус
ISBN: 539000289X
ISBN-13(EAN): 9785390002896
текст взят из электронного учебника
ОГЛАВЛЕНИЕ
Раздел I. Общая экология. 6
ВВЕДЕНИЕ. Экология и краткий обзор ее развития. 6
1. Предмет и задачи экологии. 6
2. Краткий обзор истории развития экологии. 8
3. Значение экологического образования. 9
Глава 1. Взаимодействие организма и среды.. 12
1.1. Главные уровни организации жизни и экология. 12
1.2. Организм как живая целостная система. 15
1.3. Общая характеристика биоты Земли. 17
1.4. О среде обитания и экологических факторах. 19
1.5. Об адаптациях организмов к среде обитания. 22
1.6. Лимитирующие экологические факторы.. 23
Глава 2. Экологические факторы и ресурсы среды.. 26
2.1. Физические и химические экологические факторы в жизни организмов. 26
2.2. Эдафические экологические факторы в жизни растений и почвенной биоты.. 36
2.3. Естественные геофизические поля как экологические факторы.. 39
2.4. Ресурсы живых существ как экологические факторы.. 41
Глава 3. Популяционная экология. 46
3.1. Количественные показатели популяций. 46
3.2. Продолжительность жизни вида. 48
3.3. Динамика численности популяций. 50
3.4. Регуляция плотности популяции. 54
3.5. Экологические стратегии выживания. 56
Глава 4. Экология биотических сообществ. 58
4.1. Видовая структура сообществ и способы ее оценки. 58
4.2. Пространственная структура сообществ. 60
4.3. Экологическая ниша и взаимоотношения организмов в сообществе. 61
Глава 5. Экологические системы.. 68
5.1. Концепция, масштабы и трофическая структура экосистемы.. 68
5.2. Продуцирование и разложение в природе. 70
5.3. Гомеостаз экосистемы.. 71
5.4. Энергетические потоки в экосистеме. 72
5.5. Уровни биологической продуктивности экосистем. Экологические пирамиды.. 75
5.6. Динамика экосистемы (цикличность, сукцессия, климакс) 78
5.7. Системный подход и моделирование в экологии. 83
Раздел II. Учение о биосфере. 87
Глава 6. Биосфера как глобальная экосистема Земли. 87
6.1. Место биосферы среди оболочек Земли. 87
6.2. Состав биосферы как глобальной экосистемы.. 91
6.3. Круговорот веществ в природе. 97
6.4. Биогеохимические циклы наиболее важных для жизни организмов биогенных веществ. 99
Глава 7. Природные экосистемы Земли как хорологические единицы биосферы.. 105
7.1. Ландшафты и экосистемы.. 105
7.2. Наземные биомы (экосистемы) 110
7.3. Пресноводные экосистемы.. 115
7.4. Морские экосистемы.. 120
7.5. Функциональная целостность биосферы.. 123
Глава 8. Эволюция биосферы и факторы ее устойчивости. 125
8.1. Основы учения В. И. Вернадского о биосфере. 125
8.2. Эволюция биосферы и ее биоразнообразие. 127
8.3. Биотическая регуляция окружающей среды.. 129
Раздел III. Человек в биосфере. 133
Глава 9. Биосоциальная природа человека и экология. 133
9.1. Человек как биологический вид. 133
9.2. Человечество как популяционная система. 138
9.3. Природные ресурсы Земли как лимитирующий фактор выживания человечества. 142
Глава 10. Антропогенные экосистемы.. 146
10.1. О фундаментальных типах экосистем. 146
10.2. Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы) 149
10.3. Индустриально-городские экосистемы.. 150
Глава 11. Здоровье человека и окружающая среда. 153
11.1. Понятия «здоровье» и «окружающая среда». 153
11.2. Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека. 154
11.3. Влияние социально-экологических факторов на здоровье человека 155
11.4. Гигиена и здоровье человека. 160
11.5. Валеология ¾ наука о здоровье. 161
Раздел IV. Антропогенные воздействия на биосферу. 163
Глава 12. Основные виды антропогенных воздействий на биосферу. 163
12.1. Общие положения. 163
12.2. Загрязнение ¾ главнейший вид негативного воздействия на биосферу. 164
Глава 13. Антропогенные воздействия на атмосферу. 168
13.1. Загрязнение атмосферного воздуха. 168
13.2. Основные источники загрязнения атмосферы.. 170
13.3. Экологические последствия загрязнения атмосферы.. 172
13.4. Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы.. 175
Глава 14. Антропогенные воздействия на гидросферу. 181
14.1. Загрязнение гидросферы.. 181
14.2. Экологические последствия загрязнения гидросферы.. 185
14.3. Истощение подземных и поверхностных вод. 188
Глава 15. Антропогенные воздействия на литосферу. 191
15.1. Деградация почв (земель) 191
15.2. Воздействия на горные породы и их массивы.. 199
15.3. Воздействия на недра. 203
Глава 16. Антропогенные воздействия на биотические сообщества. 207
16.1. Значение леса в природе и жизни человека. 207
16.2. Антропогенные воздействия на леса и другие растительные сообщества. 209
16.3. Экологические последствия воздействия человека на растительный мир. 210
16.4. Значение животного мира в биосфере. 213
16.5. Воздействие человека на животных и причины их вымирания. 215
Глава 17. Особые виды воздействия на биосферу. 218
17.1. Загрязнение среды отходами производства и потребления. 218
17.2. Шумовое воздействие. 220
17.3. Биологическое загрязнение. 223
17.4. Воздействие электромагнитных полей и излучений. 224
Глава 18. Экстремальные воздействия на биосферу. 227
18.1. Воздействие оружия массового уничтожения. 227
18.2. Воздействие техногенных экологических катастроф. 229
18.3. Стихийные бедствия. 232
Раздел V. Охрана окружающей среды. Экологическая защита. 243
Глава 19. Взаимодействие природы и общества на современном этапе. 243
19.1. Основные формы взаимодействия природы и общества. 243
19.2. Важнейшие природоохранные принципы и объекты охраны окружающей среды.. 244
19.3. Экологический кризис и пути выхода из него. 245
Глава 20. Инженерная экологическая защита. 248
20.1. Принципиальные направления инженерной экологической защиты.. 248
20.2. Нормирование качества окружающей среды.. 250
20.3. Защита атмосферы.. 255
20.4. Защита гидросферы.. 259
20.5. Защита литосферы.. 266
20.6. Защита биотических сообществ. 272
20.7. Защита окружающей среды от особых видов воздействий. 280
Глава 21. Энерго- и ресурсосбережение. 288
21.1. Экологичное энергопотребление. 288
21.2. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. 297
21.3. Ресурсосбережение в строительстве. 303
Раздел VI. Охрана окружающей среды. Правовые и экономические аспекты.. 308
Глава 22. Административно-правовые основы охраны окружающей среды 308
22.1. Экологическое законодательство Российской Федерации. 308
22.3. Экологическая стандартизация, сертификация и паспортизация. 312
22.4. Экологическая экспертиза и овос. 313
22.5. Экологический риск и зоны повышенного экологического риска. 314
22.6. Экологический мониторинг. 318
22.7. Экологический контроль. 322
Глава 23. Экологические права и обязанности граждан. 324
23.1. Экологические права граждан. общественные экологические движения. 324
23.2. Экологические обязанности граждан. 325
23.3. Юридическая ответственность за экологические правонарушения. 326
Глава 24. Экономический механизм охраны окружающей среды.. 328
24.1. Методы экономического регулирования. 328
24.2. Эколого-экономический учет природных ресурсов и загрязнителей. 328
24.3. Лицензии, договора и лимиты на природопользование. 329
24.4. Новые механизмы финансирования природоохранных мероприятий. 330
24.5. Экономическое стимулирование в области охраны окружающей среды.. 332
24.6. Понятие о концепции устойчивого эколого-экономического развития. 333
Глава 25. Экологизация общественного сознания. 335
25.1. Антропоцентризм и экоцентризм. Формирование нового экологического сознания. 335
25.2. Экологическое образование, воспитание и культура. 338
Глава 26. Международное экологическое сотрудничество. 341
26.1. Роль международных экологических отношений. 341
26.2. Национальные и международные объекты охраны окружающей среды.. 341
26.3. Основные принципы международного экологического сотрудничества. 343
26.4. Участие России в международном экологическом сотрудничестве. 345
Раздел I. Общая экология
ВВЕДЕНИЕ. Экология и краткий обзор ее развития
Контрольные вопросы
1. Что такое экология и каков предмет ее изучения?
2. Чем различаются задачи теоретической и прикладной экологии?
3. Этапы исторического развития экологии как науки. Роль отечественных ученых в ее становлении и развитии.
4. Что такое природоохранная деятельность и каковы ее основные виды?
5. Почему необходимы каждому члену общества, в том числе и инженерно-техническим работникам, экологическая культура и экологическое образование?
Глава 1. Взаимодействие организма и среды
Таблица 1.1
Контрольные вопросы
1. Что такое уровни биологической организации жизни? Какие из них являются объектами изучения экологии?
2. Что такое биогеоценоз и экосистема?
3. Как подразделяются организмы по характеру источника питания? По экологическим функциям в биотических сообществах?
4. Что такое живой организм и чем он отличается от неживой природы?
5. Каков механизм адаптации при взаимодействии организма как целостной системы с окружающей средой?
6. Что такое дыхание и фотосинтез растений? Какое значение имеют метаболические процессы автотрофов для биоты Земли?
7. В чем суть биогенетического закона?
8. В чем особенности современной классификации организмов?
9. Что такое среда обитания организма? Понятия об экологических факторах.
10. Как называют совокупность факторов неорганической среды? Приведите наименование и дайте определение этих факторов.
11. Как называют совокупность факторов живой органической среды? Приведите наименование и дайте определение влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других на внутривидовом и межвидовом уровнях.
12. В чем суть адаптаций? Каково значение периодических и непериодических факторов в процессах адаптации?.
13. Как называются экологические факторы, ограничивающие развитие организма? Законы минимума Ю. Либиха и толерантности В. Шелфорда.
14. В чем сущность изолированного и совокупного действия экологических факторов? Закон В. Р. Вильямса.
15. Что понимается под диапазоном толерантности организма и как они подразделяются в зависимости от величины этого диапазона?
Глава 2. Экологические факторы и ресурсы среды
2.1. Физические и химические экологические факторы
в жизни организмов
Атмосферные газы как экологический фактор
Воздушная среда имеет малые плотности и подъемную силу, незначительную опорность. Поэтому в ней нет постоянно живущих организмов и все ее обитатели связаны с поверхностью Земли. Но воздушная среда оказывает на организмы не только физическое, но и химическое воздействие, обеспечивая их дыхание и фотосинтез.
Пожары
Своеобразным комплексом физического и химического воздействия на биоту в наземно-воздушных условиях являются пожары, которые издавна стали неотъемлемой частью климата и их надо рассматривать как важный экологический фактор наряду с температурой, атмосферными осадками и почвой (Ю. Одум, 1975, 1986). Следует различать пожары по своему действию на верховые и низовые.
Верховые пожары уничтожают всю растительность и большинство животных, после них все начинается сначала, и могут пройти многие десятки лет, прежде чем снова вырастет лес. Низовые пожары обладают избирательностью, способствуют развитию адаптирования к огню организмов, стимулируют разлагающую деятельность бактерий и превращение минеральных веществ в форму, доступную для питания растений нового поколения, ослабляют опасность верховых пожаров, способствуют созданию условий для увеличения видового разнообразия сообществ.
Человек использует искусственные палы как фактор управления средой. Они играют большую роль в обновлении и оздоровлении лесов в районах умеренной зоны.
Классификация ресурсов
Ресурсы живых существ можно разделить на незаменимые и взаимозаменяемые. Незаменимые ресурсы ¾ это когда один не в состоянии заменить другой, который, в свою очередь, становится жестким лимитирующим фактором.
Ресурсы могут выступать лимитирующим фактором, поскольку никто не отменял закона толерантности при использовании компонентов среды как ресурсов. Здесь в полной мере, в особенности относительно высших растений, действует закон независимости факторов В. Р. Вильямса, причем, каждый из ресурсов (CO2, H2O, K, S, P, N и др.) добывается независимо от других и, зачастую, своим особым способом.
При высокой ресурсной обеспеченности незаменимые ресурсы вызывают явление ингибирования ¾ они становятся токсичными, превращаясь в лимитирующие факторы, выходящие за верхний предел толерантности к ним организмов. Например, в результате загрязнения почв создается избыток калия, кадмия и т. п. для растений, при вырубке леса ¾ избыток света для тенелюбивых растений и др.
Взаимозаменяемые ресурсы¾ это когда любой из двух ресурсов можно заменить другим, при этом они могут быть и различного качества, т. е. взаимозаменяемость это еще не значит равноданность. Они могут быть взаимодополняющими и антагонистическими.
У плотоядных животных практически любую поедаемую ими пищу, т. е. добычу, можно заменить другой в том же объеме: одну косулю ¾ несколькими зайцами, зайца ¾ десятками мелких грызунов и т. п. Но взаимозаменяемые ресурсы могут быть взаимодополняющими, если при совместном потреблении обоих ресурсов в совокупности их требуется меньше, чем при раздельном потреблении. Например, чтобы получить одни и те же калории при питании, можно съесть отдельно определенный объем риса, или, тоже отдельно, определенный объем бобов. Но если их употреблять совместно, то совмещенный объем съеденного риса и бобов будет меньше при тех же калориях.
Однако может быть и наоборот: при совместном потреблении ресурсов для поддержания жизни организмов обоих ресурсов расходуется больше, чем при раздельном потреблении. Такие ресурсы называются антагонистическими. Такое бывает, если, например, один ресурс содержит одно токсичное соединение, а второй ¾ другое, то поедание обоих ресурсов неблагоприятнее сказывается на росте организмов, чем если бы они питались одним из ресурсов.
Контрольные вопросы
1. Как влияет температура на жизнь животных и растений?
2. Какое значение имеет свет для жизни на Земле?
3. Как отражаются погодные условия на растениях и животных? Биоклиматический закон Гопкинса.
4. Какие важнейшие экологические группы растений и животных выделяют в зависимости от способа адаптации их к влаге?
5. Какие вы знаете основные экологические факторы водной среды? Дайте им характеристику.
6. В чем заключается влияние на организмы физических и химических факторов воздушной среды?
7. Биологические макро- и микроэлементы как экологические факторы.
8. Что понимают под эдафическими факторами? Дайте характеристику экологическим факторам почв.
9. Какое экологическое воздействие на организмы оказывают геофизические поля?
10. Что такое ресурсы живых существ и как они классифицируются?
11. В чем экологическое значение различных видов ресурсов живых существ?
Глава 3. Популяционная экология
Количественные показатели популяций
Таблица 3.1
Статическая демографическая таблица женского населения Канады на 1980 г.
(по Krebs, 1985)
Такие таблицы представляют собой как бы временной срез через популяцию. Если в популяции не происходит существенных изменений в смертности и рождаемости, то статические и динамические таблицы совпадают.
Данные таблиц выживания позволяют построить кривые выживания, или их еще называют кривыми дожития, так как отражают зависимость количества доживших до определенного возраста особей от продолжительности этого интервала с самого момента отрождения организмов.
Выделяют три типа основных кривых выживания (рис. 3.1), к которым в той или иной мере приближаются все известные кривые.
Рис. 3.1. Различные типы кривых выживания (Deevey, 1950)
Кривая I типа, когда на протяжении всей жизни смертность ничтожно мала, резко возрастая в конце нее, характерна для насекомых, которые обычно гибнут после кладки яиц (ее и называют «кривой дрозофилы»), к ней приближаются кривые выживания человека в развитых странах, а также некоторых крупных млекопитающих.
Кривая III типа ¾ это случаи массовой гибели особей в начальный период жизни. Гидробионты и некоторые другие организмы, незаботящиеся о потомстве, выживают за счет огромного числа личинок, икринок, семян и т. п.
Моллюски, прежде чем закрепиться на дне, проходят личиночную стадию в планктоне, где личинки гибнут в огромных количествах, поэтому кривую III называют еще «кривой устрицы».
Кривая II типа (диагональная) характерна для видов, у которых смертность остается примерно постоянной в течение всей жизни. Такое распределение смертности не столь уж редкое явление среди организмов. Встречаются они среди рыб, пресмыкающихся, птиц, многолетних травянистых растений.
Реальные кривые выживания часто представляют собой некоторую комбинацию указанных выше «основных типов». Например, у крупных млекопитающих, да и у людей, живущих в отсталых странах, кривая I вначале круто падает за счет повышенной смертности сразу после рождения.
Контрольные вопросы
1. Каково значение популяций в биоте Земли?
2. Что отражают статические показатели популяций?
3. Что понимается под территориальным поведением животных?
4. Почему толерантность популяции к факторам среды значительно шире, чем у особи, и каково экологическое значение этого явления?
5. Что отражают динамические показатели популяции? Основные динамические показатели популяций.
6. Что понимается под продолжительностью жизни вида? «Демографические таблицы» и кривые выживания.
7. Каковы экологические причины, вызывающие рост численности популяции по экспоненте и по логистической кривой?
8. В чем суть экологических стратегий выживания?
9. Как классифицируются экологические факторы, регулирующие плотность популяции?
10. Какие экологические причины вызывают саморегуляцию плотности популяции?
11. В чем причины таких стихийных экологических бедствий, как нашествие саранчи?
Глава 4. Экология биотических сообществ
Таблица 4.1
Классификация биотических взаимодействий популяций двух видов
(по Ю. Одуму, 1986)
В табл 4.1 «0» означает, что на популяцию не оказывается никакое влияние при взаимодействии видов; «+» ¾ что она получает пользу от взаимодействия видов; «-» ¾ что она испытывает отрицательное влияние от такого взаимодействия.
Не существует двух различных видов, занимающих одинаковые экологические ниши, но есть близкородственные виды, часто настолько сходные, что им требуется по существу одна и та же ниша. В этом случае, когда ниши частично перекрываются, возникает особо жесткая конкуренция, но в конечном итоге нишу занимает один вид. Явление экологического разобщения близкородственных (или сходных по иным признакам) видов получило название принципа конкурентного исключения, или принципа Гаузе, в честь русского ученого, доказавшего его существование экспериментально в 1934 г. (рис. 4.4).
Рис. 4.4. Динамика популяций инфузорий Paramecium aurelia (1) и Paramecium candatum
(2), культивируемых при регулярном добавлении в среду одного и того же количества пищи:
а ¾ изолированные популяции каждого вида; б ¾ совместно культивируемые популяции
(по Г. Ф. Гаузе, 1934)
Г. Ф. Гаузе экспериментально исследовал конкуренцию двух видов инфузорий: Paramecium candatum и Paramecium aurelia. Их культивировали раздельно и вместе, используя строго дозированную бактериальную пищу. При раздельном культивировании их численность росла по обычной S-образной кривой, при совместном ¾ побеждали в конкурентной борьбе P. aurelia (см. рис. 4.4). Поражение P. candatum объясняется тем, что она плохо переносила накопление в среде продуктов метаболизма бактерий и размножалась медленнее. Но при смене пищи, например, при замене ее на дрожжи, побеждала уже P. candatum, так как в благоприятных для обоих видов условиях она имела преимущество за счет способности к более быстрому размножению и увеличению своей численности.
Межвидовая конкуренция за ресурсы может касаться пространства, пищи, биогенных веществ и т. п. Именно уменьшение ресурсов приводит к ситуациям, когда мы имеем дело лишь с отрицательными взаимодействиями. Результатом межвидовой конкуренции может быть либо взаимное приспособление двух видов, либо популяция одного вида замещается популяцией другого вида, а первый вынужден переселиться на другое место или перейти на другую пищу. Если виды живут в разных местах, то говорят, что они занимают разные экологические ниши, если же они живут в одном месте, но потребляют разную пищу, то говорят об их несколько различающихся экологических нишах. Процесс разделения популяциями видов пространства и ресурсов называется дифференциацией экологических ниш (рис. 4.5). На рис. 4.2 также видна дифференциация ниш по ярусам леса.
Рис. 4.5. Распределение копытных зверей по ярусам питания в африканской саванне
(по де ла Фуэнте, 1972):
1 ¾ жираф; 2 ¾ антилопа геренук; 3 ¾ антилопа дик-дик; 4 ¾ носорог; 5 ¾ слон; 6 ¾ зебра;
7 ¾ гну; 8 ¾ газель Гранта; 9 ¾ антилопа бубал
Главный результат дифференциации ниш ¾ снижение конкуренции. Например, тенелюбивые растения не конкурируют со светолюбивыми, снижается острота конкуренции за ресурсы, численность доминирующего вида, например, регулируется хищником, и т. п. Иными словами, есть множество обстоятельств, при которых разные виды-антагонисты могут сосуществовать. И, тем не менее, это отрицательные взаимодействия, поскольку взаимовлияние видов остается и не позволяет полностью раскрыть свои возможности каждому из них.
Нейтрализм ¾ это такая форма биотических взаимоотношений, когда сожительство двух видов на одной территории не влечет за собой ни положительных, ни отрицательных последствий для них. В этом случае виды не связаны непосредственно друг с другом и даже не контактируют между собой. Например, белки и лоси, обезьяны и слоны и т. п. Отношения нейтрализма характерны для богатых видами сообществ.
Аменсализм ¾ это такие биотические отношения, при которых происходит торможение роста одного вида (аменсала) продуктами выделения другого. Эти отношения обычно относят к прямой конкуренции и называют антибиозом. Наиболее хорошо они изучены у растений, которые применяют различные ядовитые вещества в борьбе с конкурентами за ресурсы, и данное явление называют аллелопатия.
Аменсализм весьма распространен в водной среде. Например, синезеленые водоросли, вызывая цветение воды, тем самым отравляют водную фауну, а иногда даже скот, который приходит на водопой. Такие «способности» проявляют и другие водоросли. Они выделяют пептиды, хинон, антибиотики и другие вещества, которые ядовиты даже в малых дозах. Называют эти яды эктокринными веществами.
Хищничество и паразитизм: отношения хищник - жертва и паразит - хозяин являются результатом прямых пищевых связей, которые для одного из партнеров имеют отрицательные последствия, а для другого ¾ положительные. Все варианты пищевых экологических связей можно отнести к этим типам взаимодействия, в том числе и корову, поедающую траву. Любой гетеротрофный организм в сообществе существует за счет поедания другого гетеротрофа или автотрофа.
Хищниками называют животных, питающихся другими животными, которых они ловят и умервщляют. Для хищников характерно охотничье поведение. Изобилие насекомых, их малые размеры и легкодоступность превращают деятельность плотоядных хищников, обычно птиц, в простое «собирательство» добычи, подобно тому, как собирают семена, зерна птицы, питающиеся ими. Насекомоядные хищники по способу овладения пищей приближаются к пастьбе травоядных животных. Некоторые птицы могут питаться и насекомыми, и семенами.
Паразитизм ¾ это такая форма пищевой связи между видами, когда организм-потребитель (консумент) использует тело живого хозяина не только как источник пищи, но и как место своего обитания (постоянного или временного). Паразиты намного мельче своего хозяина. Паразитические отношения имеют насекомые-вредители и растения, кровососущие насекомые и животные и т. п. Насекомые-паразиты часто бывают разносчиками эпидемий: вши ¾ тифа, клещи ¾ энцефалита и др.
В природе существуют системы, состоящие из одного вида и нескольких других видов, являющихся по отношению к нему паразитами. Это так называемые паразитарные комплексы, например для успешной борьбы с вредителями культурных растений, необходимо изучать: состав и плотность комплекса, закономерности его роста и т. п.
Хищничество и паразитизм ¾ это пример взаимодействия двух популяций, отрицательно сказывающегося на росте и выживании одной из них (см. табл. 4.1, п. 5,6). Подобные популяции развиваются, т. е. эволюционируют, синхронно, и по мере длительности их взаимодействия, коэволюция может привести к снижению степени отрицательного взаимодействия или устранить его вообще, поскольку сильное подавление популяции жертвы или хозяина популяцией хищника или паразита может привести к уничтожению одной из них или обеих.
Рис. 4.6. Эволюция гомеостаза в системе «хозяин - паразит»
(хозяин ¾ комнатная муха Muska domestika (I), паразит ¾ оса Nasonia vitropennis (II)
(по Ю. Одуму, 1975):
а ¾ недавно объединенные популяции (впервые посажены вместе дикие особи);
б ¾ популяции взяты из колоний, в которых оба вида сосуществовали
на протяжении двух лет
На рис. 4.6 приводится пример эволюции гомеостаза двух насекомых в системе «хозяин - паразит», которые помещались в клетку, состоящую из 30 пластиковых камер, соединенных друг с другом трубочками, замедлявшими расселение паразита. На рис. 4.6, а видны резкие подъемы и спады плотности популяций, так как в этом случае дикие особи недавно посажены вместе. На рис. 4.6, б ¾ популяции взяты из колоний, в которых они просуществовали совместно в течение двух лет и здесь уже отмечается более стабильное равновесие, резкие спады отсутствуют, так как у хозяина появляется адаптивная устойчивость, о чем свидетельствует сильное снижение рождаемости у паразита.
Итак, наиболее жесткая конкуренция проявляется тогда, когда контакт между популяциями установлен недавно, например, вследствие изменений, произошедших в экосистеме под влиянием деятельности человека. Именно поэтому, непродуманное вмешательство человека в структуру биоценоза нередко приводит к эпидемическим вспышкам.
Таким образом, при длительном контакте паразитов и хищников с их жертвами, влияние на них весьма умеренно, нейтрально или даже благоприятно, а наиболее повреждающее действие оказывают новые паразиты и хищники. Отсюда вывод: «необходимо избегать создания новых отрицательных взаимодействий, а если они возникли, стараться по возможности сдерживать их» (Ю. Одум, 1975).
К положительным видам взаимодействия Ю. Одум относит комменсализм, кооперацию и мутуализм (см. табл. 4.1). Многие экологи считают, что в стабильных экосистемах отрицательные и положительные взаимодействия должны находиться в равновесии.
Комменсализм, кооперация и мутуализм можно рассматривать как стадии последовательного совершенствования положительных взаимодействий в ходе эволюции.
Комменсализм¾ это наиболее простой тип положительных взаимодействий (см. табл. 4.1). Комменсалы ¾ организмы, которые поселяются в жилищах других организмов, не причиняя им зла и не принося вреда. Для тех животных, у которых они «квартируют», комменсалы безразличны. В океанах и морях в каждой раковине ¾ организмы, которые получают там укрытие, но они абсолютно безобидны для «владельца» этой раковины.
Протокооперация ¾ это следующий шаг к более тесной интеграции, когда оба организма получают преимущества от объединения, хотя их сосуществование не обязательно для их выживания. Например, крабы и кишечнополостные: краб «сажает» себе на спину кишечнополостное, которое маскирует и защищает его (имеет стрекательные клетки), но в свою очередь, оно получает от краба кусочки пищи и использует его как транспортное средство.
Мутуализм (симбиоз) ¾ следующий этап развития зависимости двух популяций друг от друга. Объединение происходит между весьма разными организмами и наиболее важные мутуалистические системы возникают между автотрофами и гетеротрофами. Примером может служить сотрудничество между бактериями, фиксирующими азот, и бобовыми растениями, симбиоз между копытными и бактериями, обитающими в их рубце, и др. Широко известным примером мутуализма, является симбиоз водоросли и гриба ¾ лишайники. Функциональная и морфологическая связь этих организмов настолько тесна, что лишайники практически составляют единый организм. Ю. Одум (1975), образно говоря, призывает к тому, чтобы «модель лишайника», прошедшая путь к гармоническому взаимодействию двух различных видов, через паразитизм водоросли, стала символичной для человека, который должен установить мутуалистические отношения с природой, поскольку он является гетеротрофом, зависящим от имеющихся ресурсов. В противном случае, «он, подобно «неразумному» и «неприспособленному» паразиту, может довести эксплуатацию своего «хозяина» до такой степени, что погубит себя».
К сказанному о межвидовой борьбе в биоценозе, следует добавить, что в 90-х годах ХХ в. английские и канадские ученые пришли к выводу, что в лесах деревья и кустарники, наоборот, помогают друг другу благодаря действию законов всеобщей поддержки. Информация, которая обеспечивает такое взаимодействие, передается под землей благодаря грибку микориза, имеющихся на корнях всех растений.
Из приведенной характеристики биоценозов ясно, что их устойчивость (гомеостаз) зависит прежде всего от изменений в структуре сообществ, от уменьшения видового разнообразия, от изменений в трофической цепи и, в известной мере, от дезорганизации регуляции биоценоза с помощью аллелохимических факторов и др.
Контрольные вопросы
1. Что понимается под биоразнообразием природы?
2. Видовое разнообразие как основа биологического разнообразия в природе.
3. Что такое экотон и каковы причины краевого эффекта?
4. Какие существуют показатели оценки видового биоразнообразия биологических сообществ?
5. Как отражается биоразнообразие в пространственной структуре биоценоза?
6. Каково экологическое значение ярусности леса и травянистой растительности?
7. Что такое экологическая ниша? Понятие о реализованной и фундаментальной нише.
8. В чем суть принципа Гаузе?
9. В чем состоят отрицательные взаимодействия между видами? Коэволюция систем «хищник - жертва» или «паразит - хозяин».
10. В чем состоят положительные взаимодействия между видами?
11. Почему, по мнению Ю. Одума, человек должен установить мутуалистические отношения с природой?
Глава 5. Экологические системы
Энергетические потоки в экосистеме
Динамика экосистемы (цикличность, сукцессия, климакс)
Экосистема испытывает те же динамические процессы, что и в ее популяциях и сообществах: цикличность, смену популяций и биоценозов и др.
Контрольные вопросы
1. Что понимается под экосистемой?
2. Охарактеризуйте трофическую структуру экосистемы.
3. Как взаимосвязаны энергетические потоки и трофические цепи в экосистеме? Цепи выедания (пастбищные) и цепи разложения (детритные).
4. Какое экологическое значение имеют продуцирование и разложение в природе?
5. В чем экологическая суть принципа биологического накопления?
6. Что такое продуктивность экосистемы и уровни продуцирования?
7. Что такое биомасса экосистемы и каковы экологические последствия ее нестабильности?
8. Что отражается экологическими пирамидами численности? биомассы? продукции (энергии)?
9. Что такое цикличность экосистем, как и какими факторами она обусловлена?
10. Что такое сукцессия? Причины ее возникновения.
11. В чем сущность первичной и вторичной сукцессии? Эвтрофикация.
12. Что понимается под сукцессионной серией и как возникает климаксное сообщество?
13. Почему сообщество не может одновременно быть высокостабильным и давать большой выход чистой продукции?
14. Что такое системная экология и на каких методах исследования она базируется? Дайте характеристику основных системных принципов.
15. Какие типы моделей используются при экологическом моделировании? Уровни математических моделей экосистем.
Раздел II. Учение о биосфере
Глава 6. Биосфера как глобальная экосистема Земли
Таблица 6.1
Таблица 6.2
Таблица 6.3
Таблица 6.4
Скорость формирования гумусового горизонта почв Русской равнины
(по А. Н. Геннадиеву и др., 1987)
Зная скорость накопления гумуса и мощность гумусового горизонта, можно рассчитать возраст различных типов почв (Геннадиев, 1987). На Русской равнине черноземы образовались за 2500-3000 лет, серые и бурые лесные почвы ¾ за 800-1000 лет, подзолистые, примерно за 1500 лет. Скорость образования почв зависит и от типа материнской породы ¾ на гранитах во влажном тропическом климате для образования настоящей почвы надо 20000 лет.
Эти данные позволяют количественно оценивать допустимый смыв при интенсивном антропогенном воздействии. Одновременно они свидетельствуют, как легко можно разрушить эту тонкую «коричневую пленку» и сколько нужно времени, не считая затрат, чтобы восстановить утраченное.
Почвенный покров, являясь неотъемлемым компонентом биосферы, выполняет ряд биосферных, т. е. глобальных с экологических позиций, функций (табл. 6.5). В. Ф. Вальков, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников (2004) считают, что этими функциями почв обеспечивается их важнейшая экологическая роль в биосфере, которая сводится к следующим положениям (приводится с некоторыми изменениями автором раздела настоящего учебника):
1) почва является средой обитания, аккумулятором и источником вещества и энергии для организмов суши;
2) почва регулирует состав атмосферы и гидросферы;
3) почва ¾ защитный барьер биосферы (нейтрализует значительную часть загрязняющих биосферу веществ, тем самым предотвращая их поступление в живое вещество);
4) почва обеспечивает малый биогеохимический круговорот веществ на суше и сопряжение его с большим геологическим круговоротом веществ и, тем самым,
5) обеспечивает существование жизни на Земле.
Таблица 6.5
Глобальные функции почв (педосферы)
(Добровольский, Никитин, 1986)
Почва является граничным слоем между атмосферой и биосферной частью литосферы. В нем наблюдается не просто смешение живого и неживого компонентов природы, но и их взаимодействие в рамках почвенной экосистемы. Главное назначение этой экосистемы ¾ обеспечение круговорота веществ в биосфере.
Контрольные вопросы
1. Какое место биосфера занимает среди оболочек Земли и в чем ее коренное отличие от других оболочек?
2. Из чего состоят абиотическая и биотическая части биосферы как глобальной экосистемы?
3. Что понимал В. И. Вернадский под живым веществом планеты?
4. Какие биохимические принципы лежат в основе биогенной миграции?
5. Как осуществляется большой круговорот веществ, в том числе большой круговорот воды, в природе?
6. Какие важнейшие функции живого вещества обеспечиваются посредством малого круговорота веществ в природе?
7. Какова роль резервного и обменного фондов в биогеохимическом круговороте веществ?
8. В чем особенности биогеохимических циклов основных биогенных элементов?
Глава 7. Природные экосистемы Земли как хорологические единицы биосферы
Таблица 7.1
Первичная биологическая продуктивность экосистем земного шара
(по Р. X. Уиттекеру, 1980)
Главный источник энергии для ландшафтной оболочки ¾ солнечная радиациия, как, понятно, и для биосферы. Для биосферы солнечная энергия ¾ это, прежде всего, «движитель» биогеохимических циклов биофильных элементов и главный компонент фотосинтеза ¾ источника первичной продукции. Как видно из табл. 7.1, продуктивность биосферы складывается из продуктивности различных природных экосистем (одновременно и энергий ландшафтов).
Но энергия Солнца, обеспечивая эту продуктивность, составляет лишь 2-3% от всей его энергии, достигшей поверхности Земли. Остальная солнечная энергия расходуется на абиотическую среду, если не считать достаточно активное участие ее в процессах физико-химического разложения опада и др. Но абиотические факторы определяют вместе с биотическими эволюционное развитие организмов и гомеостаз экосистем. В свою очередь, растительный и животный мир столь мощные природные компоненты, что могут влиять на окружающую среду и «переделать ее под себя», создавая определенную микросреду (микроклимат). Все это свидетельствует о том, что живая природа существует в едином энергетическом поле всего ландшафта. Об этом говорит и распределение первичной продукции на суше и в океане (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Распределение чистой первичной продукции на Земле:
а ¾ пространственное распределение чистой первичной продукции (г С/м2. год) суши (по Reichle D., 1970);
б ¾ распределение чистой первичной продукции (г С/м2. год) в Мировом океане (Koblentz-Mishke et al., 1970)
Как видно из рис. 7.2, продуктивность различных типов экосистем далеко неодинакова и занимают они разные по величине территории на планете. Различия в продуктивности связаны с климатической зональностью, характером среды обитания (суша, вода), с влиянием экологических факторов локального порядка и т. п., сведения о которых излагаются ниже при характеристике природных экосистем как хорологических единиц биосферы, классифицированных на принципах так называемого биомного подхода. По Ю. Одуму (1986), биом¾ «крупная региональная и субконтинентальная экосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта».
Опираясь на эти представления, Ю. Одум предложил следующую классификацию природных экосистем биосферы (на рис. 7.3 ¾ мировое распределение биомов):
Рис. 7.3. Мировое распределение основных видов биомов для растительного покрова
(Ю. Одум, 1986):
низкоширотные леса: 1 ¾ тропический дождевой лес; 2 ¾ осветленный тропический лес (полулистопадный);
4 ¾ кустарники и колючие леса; среднеширотные леса: 3 ¾ средиземноморский кустарниковый лес;
5 ¾ широколиственные и смешанный широколиственно-хвойные леса; 6 ¾ хвойные леса;
злаковые сообщества: 7 ¾ саванна; 8 ¾ прерия; 9 ¾ степь (тропические и средние широты); пустыни:
10 ¾ кустарниковая и полная; 11 ¾ тундра; 12 ¾ ледяной покров; 13 ¾ недифференцированные высокогорья
(по Воронову, 1963)
I. Наземные биомы
Тундра: арктическая и альпийская.
Бореальные хвойные леса.
Листопадный лес умеренной зоны.
Степь умеренной зоны.
Тропические степи и саванны.
Чапарраль ¾ районы с дождливой зимой и засушливым летом.
Пустыня: травянистая и кустарниковая.
Полувечнозеленый тропический лес: выраженный влажный и сухой сезоны.
Вечнозеленый тропический дождевой лес.
II. Типы пресноводных экосистем
Лентические (стоячие воды): озера, пруды и т. д.
Лотические (текучие воды): реки, ручьи, родники.
Заболоченные угодья: болота и болотистые леса.
Пресноводные экосистемы
Морские экосистемы
Контрольные вопросы
1. Что такое ландшафт и в чем суть ландшафтного подхода в экологии?
2. В чем отличие природных ландшафтов от антропогенных? Приведите классификацию ландшафтов.
3. Что такое биомы и как они взаимосвязаны с ландшафтами? Приведите классификацию биомов по Ю. Одуму.
4. Какие основные признаки лежат в основе выделения биомов? Дайте характеристику основным наземным биомам.
5. Почему пресноводные экосистемы имеют для человека непреходящее значение?
6. В чем состоят особенности пресноводных местообитаний и как классифицируются гидробионты по этому признаку?
7. Какое влияние оказывают на жизнь водоемов сезонные явления: стратификация озер и перемешивание воды в них?
8. От чего зависит распределение биогенных веществ в водохранилище?
9. Какими экологическими условиями отличаются реки от стоячих водоемов?
10. Какими особенностями морская среда отличается от пресноводной?
11. Каковы экологические особенности морских экосистем?
12. Чем обусловлена целостность биосферы? Сформулируйте закон целостности биосферы.
13. Почему возникает цепная реакция в биосфере?
14. К чему приводят циклические и ациклические процессы в биосфере?
Глава 8. Эволюция биосферы и факторы ее устойчивости
Таблица 8.1
Контрольные вопросы
1. Каковы важнейшие аспекты учения В. И. Вернадского о биосфере?
2. Каковы этапы формирования кислородной атмосферы Земли?
3. Как отражается на развитии жизни на Земле нарушение равновесия О2/СО2?
4. Почему человек абсолютно зависим от жизнедеятельности и разнообразия других организмов?
5. Каково значение для развития биоты Земли сопряженной эволюции (коэволюции) и группового отбора?
6. В чем суть концепции биотической регуляции окружающей среды?
7. Что такое ноосфера и почему возникло такое понятие?
8. Возможно ли возникновение ноосферы в результате коэволюции между человеческим обществом и природной средой?
Раздел III. Человек в биосфере
Глава 9. Биосоциальная природа человека и экология
Человек как биологический вид
Таблица 9.1
Темпы роста населения Земли в 1950-2000 гг.
(Лестер Р. Браун, 1992)
Безусловно, такой прирост характеризует собой состояние «демографического взрыва» в человеческой популяции. Это наглядно видно на рис. 9.2, где показано, что еще 1,5 млн лет назад на Земле проживало примерно 500 тыс. человек. При продолжительности жизни в то время всего 20 лет, количество особей могло удвоиться лишь по прошествии 200 тыс. лет. В настоящее же время для этого требуется всего 35 лет.
Примерно девять тысяч лет тому назад на Земле проживало около 10 млн человек, в начале нашей эры ¾ порядка 200 млн, а в середине ХVII в. ¾ 500 млн. Уменьшая воздействие лимитирующих факторов вплоть до практически полного «снятия» их воздействия, человек подошел к миллиардному рубежу своей численности лишь примерно в середине ХIХ в. Но и в ХIХ в. возникали и возникают сейчас различного рода локальные и региональные катастрофы, связанные с болезнями, голодом (например, вследствие неурожаев), войнами и т. п. И несмотря на это и в ХХ в. численность населения продолжает расти, так как люди для себя, с помощью технологических, социальных и культурных перемен, увеличили емкость планеты, сделав обычно непригодные для жизни районы Земли обитаемыми (Миллер, 1993).
Переходя на язык моделей динамики популяций в природе, можно сказать, что регулирующая (ограничительная) роль K -факторов резко снизилась, и в динамике человеческой популяции преобладает r-стратегия. Не последнюю роль играют и особенности жизненных циклов людей: каждая особь участвует в размножении многократно и само размножение возможно в любое время года. В связи с этим государства создают законы, ограничивающие минимально допустимый возраст вступления в брак, разрабатывают мероприятия, поощряющие деторождение только в определенном возрасте и т. д.
Динамику роста народонаселения изучает наука демография. Ее данные очень важны для национального и международного планирования различных мероприятий, связанных с численностью населения, в том числе и ограничительных мер по ее стабилизации или даже сокращению, если это требуется по экологическим причинам. Демографические расчеты позволяют оценить возрастную структуру населения, причины изменения численности в прошлом и прогнозировать эти изменения на будущее.
На рис. 9.3 данные по возрастному составу населения представлены в виде возрастных пирамид.
Рис. 9.3. Возрастная структура народонаселения в 1970 г. в трех странах,
различающихся скоростью роста численности населения:
а ¾ Мексика (быстро растущая популяция); б ¾ США (медленно растущая популяция);
в ¾ Швеция (стационарная популяция) (Freedman, Berelson, 1974)
Возрастная пирамида отражает структуру населения данной местности или государства в целом и содержит в себе информацию о численности каждой возрастной категории людей, о характере роста населения, о позитивном или негативном влиянии условий жизни и др.
Строятся пирамиды в координатах возраст - численность (рис. 9.3). Каждый возрастной класс для различных животных, в зависимости от их продолжительности жизни, имеет различные интервалы, а для человека ¾ интервал в пять лет. Он изображается в виде горизонтально «лежащего столбика», длина которого равна численности данного возрастного класса. Самый «младший» столбик укладывается в основании пирамиды, самый «старший» ¾ ее венчает.
Из рис. 9.3 видно, что при экспоненциальном росте популяции возрастная структура зависит от скорости роста ¾ чем быстрее растет популяция, тем длиннее «столбик» молодых особей и пирамида расширяется к основанию. Популяция может и не менять своей численности (r = 0). Если во всех этих случаях соотношение возрастов сохраняется, то можно считать такие популяции стабильными.
Анализ возрастных пирамид позволяет человечеству с достаточной надежностью прогнозировать свое будущее и принимать соответствущие меры. В природе же эти процессы регулируются естственным путем, под влиянием экологических факторов.
Возрастная пирамида развивающихся стран сужается к вершине (рис. 9.4) вследствие того, что рождаемость высокая, а выживаемость людей в них низкая. В противоположность ей, пирамида населения развитых стран имеет почти отвесную стенку вплоть до старших возрастов, что свидетельствует о высокой выживаемости человека в более благоприятных условиях. Эти же пирамиды свидетельствуют о стремительном росте населения развивающихся стран, а также о нежелательном росте (если он есть) населения в развитых странах.
Рис. 9.4. Общая численность и возрастной состав населения развивающихся
и развитых стран (соответственно заштрихованные и незаштрихованные части
диаграммы слева и справа). Верхняя диаграмма соответствует состоянию на 1980 г.,
а нижняя ¾ прогнозу ООН на 2000 г. (Мау, 1980)
По последним данным, в развивающихся странах просматривается снижение рождаемости и, тем не менее, рост их численности к 2000 г. достаточно велик (см. рис. 9.4), что не может не тревожить общество. Рост этот будет происходить еще продолжительное время даже при снижении скорости роста (r) до нулевого значения. Это явление называют «инерцией роста численности», и оно связано с наличием большого количества молодых людей, не достигших детородного возраста. Поэтому, если даже «r» достигло бы нулевого значения без всякой задержки, то и в этом случае развивающиеся страны были бы обречены на увеличение общей численности населения вдвое, и только после этого могла бы наступить стабилизация (Бигон и др., 1989).
Тем не менее, по некоторым данным, есть уже слабая надежда на то, что пик «демографического взрыва» позади, ибо среднегодовой прирост в мире, составляющий 1,8% в 70-е гг. понизился до 1,7% в 80-е гг. (Лавров, 1990). Однако потребуются огромные усилия всего человечества для поддержания динамического равновесия в природе, в том числе целенаправленная демографическая политика, особенно в странах «третьего мира», где достигнутая плотность населения превышает все допустимые пределы.
Озабоченность тенденциями роста населения еще двести с лишним лет назад заставила Томаса Мальтуса написать трактат, ставший теперь всемирно известным. В нем он впервые математически доказал, что рост населения происходит по экспоненциальному закону, а количество продуктов сельского хозяйства увеличивается в арифметической прогрессии. Мальтус считал, что, если не прекратится бесконтрольное деторождение, нищета и голод будут неизбежны. Конечно, он ошибался в том плане, что не мог учесть в то время и предвидеть потенциальные возможности новых технологий для повышения продуктивности почв, огромных достижений генетики в области селекции сельскохозяйственных растений и животных и т. д. Он писал задолго до открытия принципов генетики Менделем, ничего еще не зная о биогеохимических круговоротах, возвращающих биогенные компоненты в почву, и др.
Т. Мальтус полагал, с повышением численности и ростом плотности населения, начнут регулировать численность человеческой популяции эпидемии, т. е. факторы, зависящие от плотности населения. Но успехи медицины, казалось бы, опровергли этот факт, однако постепенно он снова возник из небытия ¾ ВИЧ-инфекция, рак, возврат прежних инфекций (туберкулез) и т. п. С усилением контактов между народами и ростом их численности эти и другие болезни, например, пандемии гриппа и ряд новейших заболеваний будут представлять собой все большую опасность для человечества. Но этой опасности есть альтернатива. По мнению Н. Ф. Реймерса, при экономически благоприятных условиях начнет реально действовать регулируемый механизм депопуляции и через три поколения (75 лет) человечество бесконфликтно сократится до 1,0-1,5 млрд.
Эти предположения Н. Ф. Реймерса не бесспорны, хотя достаточно оптимистичны. При теперешнем, весьма неспокойном мире, при далеко неравномерном экономическом развитии государств, достижение достаточно высокого уровня благосостояния хотя бы большинством людей в ближайшие десятилетия проблематично. По прогнозам же демографов, если все будет идти как идет сейчас, уже к 40-50 гг. ХХI в. численность населения на Земле достигнет предельной биологической емкости человеческой популяции (12-15 млрд человек), а это чревато ее «крахом» (см. рис. 3.4).
Иными словами, в полную силу вступают в свои права факторы естественной регуляции и, среди них, важнейшим будет истощение доступных человечеству ресурсов.
Природные ресурсы Земли как лимитирующий фактор выживания человечества
Классификация природных ресурсов
В основу классификации положено три признака: по источникам происхождения, по использованию в производстве и по степени истощаемости ресурсов (Протасов, 1985).
По источникам происхождения ресурсы подразделяются на биологические, минеральные и энергетические.
Биологические ресурсы ¾ это все живые средообразующие компоненты биосферы: продуценты, консументы и редуценты с заключенным в них генетическим материалом (Реймерс, 1990). Они являются источниками получения людьми материальных и духовных благ. К ним относятся промысловые объекты, культурные растения, домашние животные, живописные ландшафты, микроорганизмы, т. е. сюда относятся растительные ресурсы, ресурсы животного мира и др. Особое значение имеют генетические ресурсы.
Минеральные ресурсы ¾ это все пригодные для употребления вещественные составляющие литосферы, используемые в хозяйстве как минеральное сырье или источники энергии. Минеральное сырье может быть рудным, если из него извлекаются металлы, и нерудным, если извлекаются неметаллические компоненты (фосфор и т. д.), или используются как строительные материалы.
Если же минеральные богатства используются как топливо (уголь, нефть, газ, горючие сланцы, торф, древесина, атомная энергия) и одновременно как источник энергии в двигателях, для получения пара и электричества, то их называют топливно-энергетическими ресурсами.
Энергетическими ресурсами называют совокупность энергии Солнца и космоса, атомно-энергетических, топливно-энергетических, термальных и других источников энергии.
Второй признак, по которому классифицируют ресурсы ¾ по использованию их в производстве. Сюда относятся следующие ресурсы:
¨ земельный фонд ¾ все земли в пределах страны и мира, входящие по своему назначению в следующие категории: сельскохозяйственные, населенных пунктов, несельскохозяйственного назначения (промышленности, транспорта, горных выработок и т. п.), мировой земельный фонд ¾ 13,4 млрд га;
¨ лесной фонд ¾ часть земельного фонда Земли, на которой произрастает или может произрастать лес, выделенные для ведения сельского хозяйства и организации природных особо охраняемых территорий; он является частью биологических ресурсов;
¨ водные ресурсы ¾ количество подземных и поверхностных вод, которые могут быть использованы для различных целей в хозяйстве (особое значение имеют ресурсы пресных вод, основным источником которых являются речные воды);
¨ гидроэнергетические ресурсы, которые способна дать река, приливно-отливная деятельность океана и т. п.;
¨ ресурсы фауны¾ количество обитателей вод, лесов, отмелей, которые может использовать человек, не нарушая экологического равновесия;
¨ полезные ископаемые (рудные, нерудные, топливно-энергетические ресурсы) ¾ природное скопление минералов в земной коре, которое может быть использовано в хозяйстве, а скопление полезных ископаемых образует их месторождения, запасы которых должны иметь промышленное значение.
С природоохранной точки зрения важное значение имеет классификация ресурсов по третьему признаку ¾ по степени истощаемости. Истощение природных ресурсов с экологических позиций это несоответствие между безопасными нормами изъятия природного ресурса из природных систем и недр и потребностями человечества (страны, региона, предприятия и т. д.). На рис. 9.5 приводится схема классификации ресурсов по степени истощаемости.
Рис. 9.5. Классификация природных ресурсов
Неисчерпаемые ресурсы ¾ непосредственно солнечная энергия и вызванные ею природные силы, например, ветер и приливы существуют вечно и в неограниченных количествах.
Исчерпаемые ресурсы имеют количественные ограничения, но одни из них могут возобновляться, если есть к этому естественные возможности или даже с помощью человека (искусственная очистка воды, воздуха, повышение плодородия почв, восстановление поголовья диких животных и т. п). Однако очень важная группа ресурсов невозобновима. К ним относятся такие реликты древних биосфер, как топливо и железная руда, а также ряд руд металлов внутриземного (эндогенного) происхождения. Все они имеют ограниченные запасы в литосфере. Эти ресурсы конечны и не возобновляются.
Конечно, у человека есть возможности заменить наиболее дефицитные ресурсы на имеющие большее распространение и большие запасы. Но, как правило, подобно тому, как и при замене одних экологических ресурсов (например, пищевых) в экосистемах другими, понижается качество.
Таким образом, одним из важнейших лимитирующих факторов выживания человека как биологического вида (Homo sapiens) является ограниченность и исчерпаемость важнейших для него природных ресурсов. Но человек еще и социальное существо, поэтому для развития и выживания человеческого общества очень важен характер использования ресурсов.
В настоящее время человечеству доступны климатические и космические ресурсы, ресурсы Мирового океана и континентов. Постоянно растет количественное их потребление, растет их «ассортимент», зачастую без учета ресурсообеспеченности.
Ресурсообеспеченность¾ это соотношение между величиной природных ресурсов и размерами их использования. Она выражается либо количеством лет, на которое должно хватить данного ресурса, либо его запасами из расчета на душу населения. На показатели ресурсообеспеченности прежде всего влияет богатство или бедность территории природными ресурсами. Но не меньшее значение имеют и масштабы их потребления (например, добыча полезных ископаемых), поэтому само понятие ресурсообеспеченность является социально-экономическим. Таким образом, о ресурсообеспеченности нельзя судить только по размерам запасов, а надо учитывать интенсивность извлечения (потребления их обществом).
Потребление природных ресурсов обусловлено прежде всего тем, что человек, стремясь «снять» влияние лимитирующих природных факторов, для того чтобы выжить и победить в конкурентной борьбе, начал создавать свои антропогенные экосистемы.
Контрольные вопросы
1. Что характерно для человека как биологического вида?
2. Чем отличается человек от животного мира? Что такое социум?
3. Что заставило человека строить свою собственную экосистему?
4. Какие особенности вида позволили именно ему это сделать?
5. От каких лимитирующих факторов и почему человек остается зависим?
6. Каково значение генофонда и в какие генетические процессы вовлекается ДНК человека?
7. Почему, в отличие от животных, именно человеку удалось поставить вид в условия широчайшей экологической ниши?
8. В чем особенности адаптационных процессов в условиях искусственной городской среды?
9. Какими факторами ограничен рост человеческой популяции?
10. Почему в динамике роста человеческой популяции преобладает экспоненциальная зависимость? Дайте характеристику демографических пирамид.
11. Что может произойти с человеческой популяцией, если ее численность достигнет предельной биологической емкости?
12. Что такое природные ресурсы и из чего они состоят?
13. Как классифицируются ресурсы по источникам происхождения? по использованию в производстве? по степени истощаемости?
14. Что такое ресурсообеспеченность?
Глава 10. Антропогенные экосистемы
Таблица 10.1
Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем
(по Миллеру, 1993)
Современное сельское хозяйство позволяет постоянно, из года в год, удерживать экосистемы на ранних стадиях сукцессий, добиваясь максимальной первичной продуктивности одного или нескольких растений (например, кукурузы, пшеницы, гороха и т. п). Крестьянам удается добиваться высоких урожаев, но дорогой ценой, а цена эта обусловлена затратами на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, на обработку почв и т. п.
Устойчивое появление новых видов, например, травянистых растений, есть результат естественного сукцессионного процесса. То, что мы называем сорняками, не что иное, как пионерные виды растений, вредителями ¾ насекомые и другие животные, а возбудителями болезней ¾ микроорганизмы. Сорные растения, вредители и болезни могут уничтожить весь урожай, если активно не бороться с ними.
Животноводство ¾ это так же путь к упрощению экосистемы, охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных (коров, свиней, овец и др.), человек уничтожает диких животных: травоядных, как конкурентов в пищевых ресурсах, хищников, как уничтожающих домашний скот.
Вылов ценных видов рыб упрощает экосистемы водоемов. Загрязнение воздушной и водной сред так же ведет к гибели деревьев и рыб и «обирает» природные экосистемы.
В целом же, нетрудно догадаться, что по мере роста народонаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все новые зрелые (климаксные) экосистемы в простые молодые продуктивные (например, путем уничтожения тропических лесов, осушения болот и т. п.) Для поддержания этих систем в «молодом» возрасте возрастет и использование топливно-энергетических ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового (генетического) разнообразия и природных ландшафтов (см. табл. 10.1).
Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из-за монотипного видового состава, так как в результате какой-то экологической катастрофы, например, засухи, ее уже не восстановить из-за разрушения генотипа. Но для жизни человечества они (экосистемы) необходимы, поэтому наша задача сохранить баланс между упрощенными антропогенными и соседствующими с ними более сложными, с богатейшим генофондом, природными экосистемами, от которых они зависят.
Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики ¾ природные плюс субсидируемые человеком, и, тем не менее, самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на уровне продуктивных природных экосистем.
Продуктивность и тех и других основана на фотосинтезе, а верхний предел притока энергии для любой постоянной, длительно функционирующей системы составляет около 50 000 ккал/м2г. Однако существенно различие между системами в распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь несколькими или вообще одним - двумя видами, а в природной ¾ многими видами и веществами.
Совсем по-другому обстоит дело в экосистемах четвертого типа, к которым относятся индустриально-городские системы, ¾ тут энергия топлива полностью заменяет солнечную энергию. По сравнению с потоком энергии в природных экосистемах здесь ее расход на два - три порядка выше. Годовая потребность человека в пище ¾ около 1млн ккал, но если подсчитать затраты энергии на душу населения, существующие реально, то они окажутся в десятки раз больше (так, в США они в 86 раз больше). В разных странах эти затраты отличаются, но особенно большая разница между богатыми странами и развивающимися ¾ она может быть в странах третьего мира в несколько десятков (до сотни) раз меньше. Эти страны как бы находятся в стадии экосистемы первого - второго типа, в то время как развитые страны уже прошли все четыре типа экосистем.
Индустриально-городские экосистемы
Контрольные вопросы
1. Какие фундаментальные типы экосистем выделены Ю. Одумом и какой принцип положен в основу их выделения?
2. Что характерно для первого и второго типа экосистем (природных)?
3. Чем отличается третий тип экосистем (агроэкосистем) от похожих на них природных экосистем?
4. В чем особенности четвертого типа экосистем (индустриально-городских) и их энергетики?
5. Что такое урбанизация и урбанистические системы?
6. Что понимается под природно-технической системой и искусственной средой?
Глава 11. Здоровье человека и окружающая среда
11.1. Понятия «здоровье» и «окружающая среда»
Определение здоровья сформулировано в Уставе ВОЗ следующим образом: «Здоровье¾ это состояние полного физического, душевного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней и физических дефектов». От индивидуального здоровья следует отличать популяционное, или общественное, здоровье, которое характеризуется системой статистических демографических показателей, показателей дееспособности, заболеваемости и т. д. Здоровье человека зависит от состояния окружающей среды, в которой действуют природно-экологические, социально-экологические и другие факторы.
Если человек находится в природных условиях, на него действуют, преимущественно, природно-экологические факторы, если на урбанизированной территории, ¾ преимущественно ¾ социально-экологические, создающие так называемую искусственную среду. Но, в отличие от последних, природно-экологические факторы действуют повсеместно (см. гл. 9). Природно-экологические факторы характеризуют воздействие на человека климатических, геологических и биологических особенностей ландшафтов различного уровня, где проживает и работает человек. Значительная часть россиян проживает в неблагоприятных природных условиях (рис. 11.1). В реальных условиях жизни на эти факторы накладывает свой очень значимый отпечаток социум ¾ это сложный комплекс факторов, формирующих условия труда и быта населения. Весь этот социально-экономический уклад «воздействует на человека через социально-правовое положение, материальную обеспеченность, уровень культуры и образование» (В. Ф. Протасов, 2001).
Рис. 11.1 Природные условия жизни населения россии (Протасов, 2001)
Контрольные вопросы
1. В чем суть понятий «здоровье» и «окружающая среда»?
2. Каким ограничительным факторам был подвержен первобытный человек?
3. Почему вплоть до начала ХХ в. господствовали инфекционные болезни?
4. Что такое геопатогенез и в чем суть его влияния на здоровье человека?
5. На какие тенденции оказывают наибольшее влияние экологические факторы городской среды?
6. Какие экологические факторы приводят к акселерации, нарушению биоритмов и аллергизации населения?
7. Почему в городах появляются новые и возвращаются прежние инфекционные заболевания?
8. В чем суть абиологических тенденций?
9. Какими причинами объясняется развитие сложной демографической обстановки в России?
10. Что такое гигиена и гигиенические нормативы? экологический оптимум среды обитания человека?
11. В чем суть науки валеологии и как она соотносится с экологией?
Раздел IV. Антропогенные воздействия на биосферу
Глава 12. Основные виды антропогенных воздействий на биосферу
Контрольные вопросы
1. Что понимается под антропогенным воздействием на биосферу?
2. Назовите основные виды вмешательства человека в экологические процессы.
3. Дайте определение загрязнения окружающей среды. Укажите его виды, объекты и масштабы.
4. Какие загрязняющие вещества представляют наибольшую опасность для человеческой популяции и природных биотических сообществ?
Глава 13. Антропогенные воздействия на атмосферу
Таблица 13.1
Таблица 13.2
Влияние выхлопных газов автомобиля на здоровье человека
(по Х. Ф. Френчу, 1992)
Тяжелые последствия в организме живых существ вызывает и ядовитая смесь дыма, тумана и пыли ¾ смог.
Различают два типа смога: зимний смог (лондонский тип) и летний (лос-анджелесский тип).
Лондонский тип смога возникает зимой в крупных промышленных городах при неблагоприятных погодных условиях (отсутствие ветра и температурная инверсия).
Температурная инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с высотой в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300-400 м от поверхности Земли) вместо обычного понижения. В результате циркуляция атмосферного воздуха резко нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и не рассеиваются. Нередко возникают туманы. Концентрации оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают опасных для здоровья человека уровней, приводят к расстройству кровообращения, дыхания, а нередко и к смерти. В 1952 г. в Лондоне от смога с 3 по 9 декабря погибло более четырех тысяч человек, до десяти тысяч человек тяжело заболели. В конце 1962 г. в Руре (ФРГ) смог убил за три дня 156 человек. Рассеять смог может только ветер, а сгладить смогоопасную ситуацию ¾ сокращение выбросов загрязняющих веществ.
Лос-анджелесский тип смога, или фотохимический смог, не менее опасен, чем лондонский. Возникает он летом при интенсивном воздействии солнечной радиации на воздух, насыщенный, а вернее, перенасыщенный выхлопными газами автомобилей. В Лос-Анджелесе выхлопные газы более четырех миллионов автомобилей выбрасывают только оксидов азота в количестве более тысячи тонн в сутки. При очень слабом движении воздуха или безветрии в воздухе в этот период идут сложные реакции с образованием новых высокотоксичных загрязнителей ¾ фотооксидантов (озон, органические перекиси, нитриты и др.), которые раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта, легких и органов зрения. Только в одном городе (Токио) смог вызвал отравление десяти тысяч человек в 1970 г. и 28 тыс. ¾ в 1971 г. По официальным данным, в Афинах в дни смога смертность в шесть раз выше, чем в дни относительно чистой атмосферы. В некоторых наших городах (Кемерово, Ангарск, Новокузнецк, Медногорск и др.), особенно в тех, которые расположены в низинах, в связи с ростом числа автомобилей и увеличением выброса выхлопных газов, содержащих оксид азота, вероятность образования фотохимического смога увеличивается.
Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших концентрациях и в течение длительного времени наносят большой вред не только человеку, но отрицательно влияют на животных, состояние растений и экосистем в целом.
В экологической литературе описаны случаи массового отравления диких животных, птиц, насекомых при выбросах вредных загрязняющих веществ большой концентрации (особенно залповых). Так, например, установлено, что при оседании на медоносных растениях некоторых токсичных видов пыли наблюдается заметное повышение смертности пчел. Что касается животных, то находящаяся в атмосфере ядовитая пыль поражает их в основном через органы дыхания, а также поступая в организм вместе со съеденными запыленными растениями.
В растения токсичные вещества поступают различными способами. Установлено, что выбросы вредных веществ действуют как непосредственно на зеленые части растений, попадая через устьица в ткани, разрушая хлорофилл и структуру клеток, так и через почву на корневую систему. Так, например, загрязнение почвы пылью токсичных металлов, особенно в соединении с серной кислотой, губительно действует на корневую систему, а через нее и на все растение.
Загрязняющие газообразные вещества по-разному влияют на состояние растительности. Одни лишь слабо повреждают листья, хвоинки, побеги (окись углерода, этилен и др.), другие действуют на растения губительно (диоксид серы, хлор, пары ртути, аммиак, цианистый водород и др.) (табл. 13.3).
Таблица 13.3
Таблица 13.4
Закисление озер в мире (по данным «XX век последние 10 лет», 1992)
Рис. 13.4. Загрязнение (окисление) почвы в странах Северной Европы вследствие выпадения
кислотных дождей, переносящих из промышленных районов Англии, ФРГ и Польши большое
количество оксидов серы (SO2). Цифрами показана кислотность поверхностных вод
Закисление озер опасно не только для популяций различных видов рыб (в том числе лососевых, сиговых и др.), но часто влечет за собой постепенную гибель планктона, многочисленных видов водорослей и других его обитателей. Озера становятся практически безжизненными.
В нашей стране площадь значительного закисления от выпадения кислотных осадков достигает несколько десятков миллионов гектаров. Отмечены и частые случаи закисления озер (Карелия и др.). Повышенная кислотность осадков наблюдается вдоль западной границы (трансграничный перенос серы и других загрязняющих веществ) и фрагментарно на побережье Таймыра и Якутии. В районе г. Норильска и на Северном Урале огромные площади тайги и лесотундры стали почти безжизненными из-за выбросов диоксида серы Норильским горно-химическим комбинатом.
Контрольные вопросы
1. Почему охрана природного воздуха является ключевой проблемой оздоровления окружающей среды?
2. Назовите главные загрязнители (поллютанты) атмосферного воздуха.
3. Оцените роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы.
4. Приведите примеры пагубного влияния высокотоксичных загрязнителей (поллютантов) на живые организмы.
5. Как называется ядовитая смесь дыма, тумана и пыли? К каким экологическим последствиям она приводит?
6. Какой загрязнитель атмосферного воздуха наиболее опасен для хвойных деревьев? Раскройте механизм проникновения токсичного вещества в растения.
7. Каковы важнейшие экологические последствия глобального загрязнения атмосферы?
8. Чем вызваны кислотные дожди? Каково их влияние на природные экосистемы?
9. Почему истощение озонового слоя Земли относится к числу важнейших экологических проблем?
10. Что понимают под закислением озер?
Глава 14. Антропогенные воздействия на гидросферу
Таблица 14.1
Таблица 14.2
Контрольные вопросы
1. В чем проявляется загрязнение подземных и поверхностных вод и каковы их главные загрязнители?
2. Назовите основные виды загрязнения подземных вод.
3. Как загрязняющие вещества попадают в поверхностные воды?
4. Что такое антропогенное эвтрофирование и каково его влияние на природные экосистемы?
5. Каковы экологические последствия загрязнения морских экосистем?
6. Что понимают под истощением вод? К каким неблагоприятным экологическим последствиям оно приводит? Приведите примеры.
7. В чем причины экологической катастрофы Аральского моря?
Глава 15. Антропогенные воздействия на литосферу
Таблица 15.1
Последствия воздействия некоторых тяжелых металлов на здоровье человека
Значительное количество свинца содержат почвы, находящиеся в непосредственной близости от автомобильных дорог. Результаты анализа образцов почвы, отобранных на расстоянии нескольких метров от дороги, показывают 30-кратное превышение концентрации свинца по сравнению с его содержанием (20 мкг/г) в почве незагрязненных районов (Загрязнение воздуха…, 1988).
По данным агрохимической службы России (1997), почти 0,4 млн га в нашей стране оказались загрязненными медью, свинцом, кадмием и др. Еще больше земель были загрязнены радионуклидами и радиоактивными изотопами в результате Чернобыльской катастрофы.
Одной из серьезных экологических проблем России становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в таких нефтедобывающих районах, как Западная Сибирь, Среднее и Нижнее Поволжье и др. Причины загрязнения ¾ аварии на магистральных и внутрипромысловых нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и технологические выбросы и т. д. В результате, например, в отдельных районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоновые значения в 150-250 раз. На Тюменском Севере площади оленьих пастбищ уменьшились на 12,5%, т. е. на 6 млн га, замазученными оказались 30 тыс. га. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га, загрязненных нефтью, толщина слоя которой не менее пяти сантиметров (Государственный доклад…, 1995).
Значительную угрозу для здоровья людей представляет загрязнение почв различными патогенами, которые могут проникать в организм человека следующим образом (Розанов,1984):
¨ во-первых, через цепь человек ¾ почва ¾ человек. Патогенные организмы выделяются зараженным человеком и через почву передаются другому либо через выращенные на зараженной почве овощи и фрукты. Таким способом человек может заболеть холерой, бациллярной дезинтерией, брюшным тифом, паратифом и др. Аналогичным путем в организм человека могут попадать и черви-паразиты;
¨ во-вторых, через цепь животные ¾ почва ¾ человек. Существует ряд заболеваний животных, которые передаются человеку (лептосориаз, сибирская язва, туляремия, лихорадка Ку и др.) путем прямого контакта с почвой, загрязненной выделениями инфицированных животных;
¨ в-третьих, через цепь почва ¾ человек, когда патогенные организмы попадают из нее в организм человека при прямом контакте (столбняк, ботулизм, микозы и др.).
Воздействия на горные породы и их массивы
Контрольные вопросы
1. В чем заключается экологическая функция литосферы?
2. Что такое деградация почв (земель) и каковы ее причины?
3. Кратко охарактеризуйте экологический ущерб от водной и ветровой эрозии.
4. Покажите, что общий экологический ущерб от пестицидов (ядохимикатов) превышает пользу от их применения.
5. Почему, если эрозию можно назвать недугом ландшафта, то опустынивание ¾ его смерть?
6. Что понимают под физическим загрязнением окружающей среды?
7. Какие опасные ущербообразующие геологические процессы вы знаете?
8. Объясните, почему разработка недр оказывает огромное негативное воздействие на окружающую среду?
Глава 16. Антропогенные воздействия на биотические сообщества
Таблица 16.1
Таблица 16.2
Контрольные вопросы
1. Каковы причины резкого снижения биоразнообразия в природе в настоящее время?
2. Охарактеризуйте функции леса в биосфере.
3. Почему гибель лесов является одной из наиболее серьезных экологических проблем?
4. К каким экологическим последствиям приводит антропогенное воздействие на биотические сообщества?
5. Какова главнейшая экологическая функция животного мира?
6. Назовите основные причины вымирания животных, сокращения их численности и утраты ими биологического разнообразия в настоящее время.
Глава 17. Особые виды воздействия на биосферу
ВСТУПЛЕНИЕ
К числу особых видов антропогенного воздействия на биосферу относятся:
1) загрязнение cреды опасными отходами;
2) шумовое воздействие;
3) биологическое загрязнение;
4) воздействие электромагнитных полей и излучений;
5) загрязнение от ракетно-космической деятельности и некоторые другие виды воздействия.
Контрольные вопросы
1. На какие виды классифицируются отходы производства и потребления?
2. Какие отходы представляют наибольшую экологическую опасность для человека и биотических сообществ?
3. Существует ли опасность перемещения в Россию токсичных отходов из других стран?
4. Назовите основные источники антропогенного шума. При какой силе звука уровень шума считается для человека недопустимым?
5. Что называют биологическим загрязнением?
6. Опасно ли для человека и биоты воздействие электромагнитных излучений и ракетно-космической деятельности?
Глава 18. Экстремальные воздействия на биосферу
Контрольные вопросы
1. Какие территории относят к зонам чрезвычайной экологической опасности?
2. Почему любые военные действия дестабилизируют экологическую обстановку?
3. Что означает термин «экоцид» и когда впервые он введен?
4. Чем обусловлен стремительный рост числа крупных технических аварий и катастроф в последние десятилетия?
5. Какая экологическая катастрофа технического характера является самой крупной в истории человечества?
6. Что вы знаете о техногенных авариях в Челябинской области (1957), в Бхопале (Индия, 1984), в Севезо (Италия,1976)?
7. К каким экологическим последствиям приводят стихийные бедствия? Приведите примеры.
8. Есть ли взаимосвязь между стихийными бедствиями и техногенными катастрофами?
9. Увеличивается ли вероятность природных стихийных бедствий по мере снижения устойчивости биосферы и почему?
Раздел V. Охрана окружающей среды. Экологическая защита
Глава 19. Взаимодействие природы и общества на современном этапе
Контрольные вопросы
1. Какой смысл вкладывается в понятие «охрана окружающей среды»?
2. Чем отличается рациональное природопользование от нерационального?
3. Что понимают под «экологической безопасностью»?
4. Каковы общие принципы и правила охраны окружающей среды?
5. Назовите основные направления, по которым Россия должна выходить из экологического кризиса.
Глава 20. Инженерная экологическая защита
Таблица 20.1
Предельно допустимые концентрации вредных веществ
в атмосферном воздухе населенных пунктов, мг/м3
При содержании в воздухе нескольких загрязняющих веществ, обладающих суммацией действия (синергизмом), например, диоксидов серы и азота; озона и формальдегида, сумма их концентраций не должна превышать при расчете единицы:
где С1, С2, … , Сn ¾ фактические концентрации вредных веществ в воздухе или воде;
ПДК1, ПДК2… ПДКn ¾ максимально разовые предельно допустимые концентрации вредных веществ, которые установлены для их изолированного присутствия, мг/м3.
Под предельно допустимой концентрацией вредного вещества в почве (ПДК, мг/кг) понимают такую максимальную концентрацию, которая не может вызвать прямого или косвенного влияния на среду, нарушить самоочищающую способность почвы и оказать отрицательное воздействие на здоровье человека (Защита окружающей…, 1993).
Для водной среды ПДК загрязняющих веществ означает такую концентрацию этих веществ в воде, выше которой она становится непригодной для одного или нескольких видов водопользования. ПДК загрязняющих веществ устанавливаются отдельно для питьевых вод (табл. 20.2) и рыбохозяйственных водоемов.
Таблица 20.2
Предельно допустимые концентрации вредных веществ в питьевых водах, мг/л
Требования к качеству воды в водоемах, используемых для рыбохозяйственных целей, специфичны и в большинстве случаев более жестки, чем таковые для водных объектов хозяйственно-бытового назначения. Так, рыбохозяйственные ПДК ряда моющих веществ в три раза ниже санитарных норм, нефтепродуктов ¾ в шесть раз, а тяжелых металлов (цинка) ¾ даже в сто раз (К. П. Митрюшкин и др., 1987). Объяснить это ужесточение требованй к качеству воды в рыбохозяйственных водоемах нетрудно, если вспомнить, что при переходе вредных веществ по пищевой (трофической) цепи происходит их биологическое накопление до опасных для жизни количеств.
Допустимый уровень радиационного воздействия на окружающую среду ¾ это уровень, который не представляет опасности для здоровья человека, состояния животных, растений, их генетического фонда. Определяется он на основании норм радиационной безопасности (НРБ-76/87), основных санитарных правил (ОСП-72/87) и санитарных норм проектирования СН-254-71.
Установлены также допустимые уровни воздействия шума, вибрации, магнитных полей и иных вредных физических воздействий.
Допустимый выброс, или сброс, ¾ это максимальное количество загрязняющих веществ, которое в единицу времени может быть выброшено данным конкретным предприятием в атмосферу или сброшено в водоем, не вызывая при этом превышения в них предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ и неблагоприятных экологических последствий.
Нормативами установлено, что если в воздухе городов или других населенных пунктов, где расположены предприятия, концентрации вредных веществ превышают ПДК, а значения допустимых выбросов по объективным причинам не могут быть достигнуты, вводится поэтапное снижение выброса вредных веществ до значений, обеспечивающих ПДК. При этом могут быть установлены временно согласованные выбросы (ВСВ) на уровне выбросов предприятий с наиболее совершенной или аналогичной ей технологией.
К началу 1988 г. в бывшем СССР были установлены допустимые выбросы более чем для 20 тыс. предприятий. В настоящее время в России на нормативах допустимых выбросов работают лишь 15-20% загрязняющих производств, на ВСВ (временно согласованных выбросах вредных веществ) ¾ 40-50%, а остальные загрязняют среду на основе лимитных выбросов и сбросов, которые определяют по фактическому выбросу на определенном отрезке времени.
Основным комплексным нормативом качества окружающей среды является предельно допустимая норма антропогенной нагрузки.
Допустимые нормы нагрузки на природную среду ¾ это максимально возможные антропогенные воздействия на природные ресурсы или комплексы, не приводящие к нарушению устойчивости экологических систем.
Для оценки общей устойчивости экосистем к антропогенным воздействиям используют следующие показатели: 1) запасы живого и мертвого органического вещества; 2) эффективность образования органического вещества или продукции растительного покрова и 3) видовое и структурное разнообразие (Государств. доклад…, 1994).
Ученые-экологи установили, что стабильность среды обитания не только растительности, но и животного мира, а в конечном счете и человека определяется в первую очередь массой живого органического вещества и его основной части ¾ фитомассы (древесина, травянистая растительность и др.). Чем значительнее эта масса, тем стабильнее среда. Главенствующее значение при этом имеют фотосинтезирующие организмы, так как они являются основным источником биомассы, а также определяют пищевые условия для всех остальных звеньев экосистемы и в значительной мере состав атмосферного воздуха.
Способность экосистем в минимальные сроки восстановиться в случае антропогенного нарушения определяется другим показателем ¾ эффективностью образования продукции растительного покрова в результате вторичной сукцессии. Чем выше структурное и видовое разнообразие экосистем, тем большее число комбинаций структурных элементов может создать она в ответ на внешнее антропогенное воздействие. Структурное разнообразие экосистемы можно оценить, сравнивая запасы фитомассы (древесина, травянистая растительности и др.) и зоомассы (хищники, копытные, грызуны и т. д.).
Потенциальная способность природной среды перенести ту или иную антропогенную нагрузку без нарушения основных функций экосистем определяется термином «емкость природной среды», или экологическая емкость территории.
Понятие о предельно допустимой антропогенной нагрузке на природную среду, по мнению П. Г. Олдака (1983), должно лежать в основе всего природопользования. В связи с этим он различает экстенсивное и равновесное природопользование. Экстенсивное (расширяющееся) природопользование ¾ когда рост производства осуществляется за счет возрастающей нагрузки на природные комплексы, причем эта нагрузка растет быстрее, чем увеличивается масштаб производства; равновесное природопользование ¾ когда общество контролирует все стороны своего развития, добиваясь того, чтобы совокупная антропогенная нагрузка на среду не превышала самовосстановительного потенциала природных систем.
Отсюда вытекает важный вывод о том, что регулирование качества природной среды должно начинаться с определения нагрузок, допустимых с экологической точки зрения, а региональное природопользование должно соответствовать экологической «выносливости» территории.
Пренебрежение основным экологическим комплексом нормативов в инженерно-хозяйственной практике чревато серьезными экологическими просчетами. В 1990 г. тогдашний руководитель Госкомприроды Н. Н. Воронцов сетовал на то, что «такие понятия, как экологическая емкость территории, вообще не использовались до недавних пор. Есть, скажем, в Донбассе залежи угля? Есть неподалеку руды Кривого Рога? Будем наращивать там металлургию на донецких углях, не разбирая, выдержит земля и люди или нет». И далее он отмечал: «Конечно же, нужно улучшить фильтры пыле- и газоуловителей, очищать сточные воды. Но не было у нас до сих пор главного ¾ идеологии ресурсосбережения, определения экологической емкости, биосферного подхода».
При формировании территориально-производственных комплексов, развитии промышленности, строительства, реконструкции городов и т. д., применение допустимых норм антропогенной нагрузки предусматривается ныне в обязательном порядке.
Региональные нормы устанавливают предельную хозяйственную нагрузку на территориальные природные комплексы. Отраслевые ¾ на отдельные виды природных ресурсов, например, предельное число домашнего скота на единицу пастбищных угодий, предельное число посетителей в национальном парке и т. д.
Защита гидросферы
Защита литосферы
Таблица 20.3
Основные направления рекультивации и виды последующего использования
рекультивированных земель
Например, на территориях, подверженных воздействию газодымовых выбросов от промышленных предприятий, рекомендуется санитарно-гигиеническое направление рекультивации с использованием газоустойчивых растений.
Очень сложно рекультивировать нефтезагрязненные земли, так как они имеют обедненную биоту и содержат канцерогенные углеводороды типа бенз(а)пирена. Для этого необходимы рыхление и аэрация почвы, использование бактерий, деградирующих нефть, посев специально подобранных трав и др.
При необходимости выполняют также строительный этап рекультивации, в ходе которого на подготовленных территориях возводят здания, сооружения и другие объекты.
Работы по рекультивации нарушенных территорий обеспечиваются нормативно-инструктивными материалами и ГОСТами. Например, действует ГОСТ 17.5.3.04-83 «Охрана природы. Земли. Общие требования к рекультивации земель».
Сегодня уже нельзя ограничиваться только восстановлением нарушенного массива, плодородия земель, созданием растительного покрова, а важно восстанавливать и все другие компоненты природной среды. Необходима комплексная рекультивация, а точнее рекультивация природной среды (Е. М. Сергеев и др., 1992).
Защита биотических сообществ
Защита окружающей среды от особых видов воздействий
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные направления инженерной защиты окружающей среды.
2. Почему создание даже самых совершенных очистных сооружений не решает проблему загрязнений окружающей среды?
3. Оцените роль малоотходных и безотходных технологий в защите среды обитания от загрязнения.
4. При решении каких прикладных экологических вопросов находит применение биотехнология?
5. Что понимают под качеством окружающей среды?
6. Какова роль и значение экологического нормирования?
7. Что представляет собой ПДК и другие экологические нормативы?
8. Объясните понятие «экологическая емкость территории».
9. С помощью какого экологического норматива устанавливают пределы хозяйственной нагрузки на природные комплексы и ресурсы?
10. Охарактеризуйте современные методы пылегазоочистки.
11. В чем суть оборотного водоснабжения?
12. Каким образом очищают сточные воды? Назовите метод, который является завершающим в системе очистки сточных вод.
13. Что такое зоны санитарной охраны (ЗСО)?
14. Как предотвращают истощение запасов пресных подземных вод?
15. Как защищают почвы от эрозии и заболачивания, загрязнения и вторичного засоления?
16. Что вы знаете об очагах беспестицидного земледелия?
17. Какие экологические принципы положены в основу рационального использования недр?
18. Что такое рекультивация земель?
19. В чем заключается стратегическая линия защиты и рационального использования оползневых, селевых, закарстованных и других массивов горных пород?
20. Как сохраняют численность и популяционно-видовой состав растений?
21. При соблюдении каких принципов промысел и охота становятся активной формой охраны животных и способствуют оздоровлению их популяций?
22. Что означает включение видов животных и растений в Красную книгу?
23. Что такое особо охраняемые природные территории (ООПТ)? Объясните разницу между их основными категориями.
24. Как перерабатывают твердые бытовые и промышленные отходы?
25. Расскажите, какая борьба ведется с особо опасными радиоактивными и диоксиносодержащими отходами.
26. Назовите комплекс мер для защиты от шумового воздействия.
27. В чем суть основного метода защиты от электромагнитных полей и излучений?
28. Как защищают население и биотические сообщества от биологического загрязнения?
Глава 21. Энерго- и ресурсосбережение
Таблица 21.1
Контрольные вопросы
1. Почему энергоснабжение является мощным экологическим ресурсом и магистральным путем устойчивого развития?
2. Каковы основные направления экологического энергопотребления в жилищно-строительной сфере?
3. Что такое альтернативные экологически чистые источники энергии? Какое применение они находят в жилищно-строительной сфере?
4. Что такое энергосберегающий экодом?
5. Можно ли сберегать энергоресурсы с помощью строительства заглубленных зданий?
6. Какова роль техногенного сырья в ресурсосбережении природных строительных материалов?
7. Что понимается под экологической безопасностью техногенного сырья?
Раздел VI. Охрана окружающей среды. Правовые и экономические аспекты
Глава 22. Административно-правовые основы охраны окружающей среды
ВСТУПЛЕНИЕ
Важным инструментом, используемым государством в интересах сохранения и рационального использования окружающей среды, является экологическое право, т. е. отрасль права, которая регулирует общественные отношения в сфере взаимодействия общества и природы. В связи с резким обострением экологических проблем на современном этапе роль экологического права и в целом административно-правового направления постоянно растет.
Таблица 22.1
Таблица 22.2
Система наземного мониторинга окружающей среды
(по И. П. Герасимову)
Тщательно исследуются и такие вредные физические воздействия, как радиация, шум, вибрация, электромагнитные поля и др.
Пункты экологических наблюдений располагаются в местах концентрации населения и районах интенсивной его деятельности с таким расчетом, чтобы они контролировали основные линии связи человека (трофические и др.) с естественными и искусственными компонентами окружающей среды. Это могут быть территории промышленно-энергетических центров, атомных электростанций, нефтепромыслов, агроэкосистем с интенсивным применением ядохимикатов и др.
В составе биоэкологического (санитарно-гигиенического) мониторинга большое внимание уделяют наблюдениям за ростом врожденных дефектов в популяциях человека и динамикой генетических последствий загрязнения биосферы, в первую очередь мутагенами. Экологическую опасность их трудно переоценить, ибо, как подчеркивают Д. П. Никитин и Ю. В. Новиков, «мутагены поражают самое драгоценное, что создано эволюцией живой материи, ¾ генетическую программу человека, а также генофонды популяций всех видов животных, растений, бактерий и вирусов, населяющих биосферу».
На региональном (геосистемном) уровне наблюдения ведут за состоянием экосистем крупных природно-территориальных комплексов (бассейнов рек, лесных экосистем, агроэкосистем и т. д.), где имеются отличия параметров от базового фона ввиду антропогенных воздействий. Изучают трофические связи (биологические круговороты) и их нарушения, оценивают возможность использования ресурсов природных экосистем в конкретных видах деятельности, анализируют характер и количественные показатели антропогенных воздействий на окружающую среду в этих регионах. Например, ведут контроль за популяционным состоянием исчезающих видов животных в пределах какого-либо региона и т. д.
Обеспечить наблюдение, контроль и прогноз возможных изменений в биосфере в целом ¾ задача глобального мониторинга. Его называют еще фоновым, или биосферным. Объектами глобального мониторинга являются атмосфера, гидросфера, растительный и животный мир и биосфера в целом как среда жизни всего человечества.
Разработка и координация глобального мониторинга окружающей природной среды осуществляется в рамках ЮНЕП (орган ООН) и Всемирной метеорологической организации (ВМО).
Основными целями этой программы являются:
¨ организация расширенной системы предупреждения об угрозе здоровью человека;
¨ оценка влияния глобального загрязнения атмосферы на климат;
¨ оценка количества и распределения загрязнений в биологических системах, особенно в пищевых цепочках;
¨ оценка критических проблем, возникающих в результате сельскохозяйственной деятельности и землепользования;
¨ оценка реакции наземных экосистем на воздействие окружающей среды;
¨ оценка загрязнения океана и влияния загрязнения на морские экосистемы;
¨ cоздание системы предупреждений о стихийных бедствиях в международном масштабе.
При выполнении работ по программе глобального мониторинга особое внимание уделяют наблюдениям за состоянием природной среды из космоса. Космический мониторинг позволяет получить уникальную информацию о функционировании экосистем как на региональном, так и на глобальном уровне. В сравнении с другими видами мониторинга космический имеет ряд практически значимых преимуществ. По данным Г. И. Марчука (1990), он позволяет, в частности, оперативно получать информацию о природной среде больших территорий Земли, что особенно важно при возникновении ураганов, наводнений и других стихийных бедствий.
Чрезвычайно важным является создание системы космического мониторинга лесных пожаров для малозаселенных пространств.
В России функционирует разветвленная общегосударственная служба наблюдения на всех уровнях мониторинга ¾ локальном, региональном и глобальном. На многочисленных станциях, стационарных постах, в химических лабораториях, на самолетах, вертолетах и космических аппаратах наблюдают за загрязнением атмосферы, вод, почв, донных отложений, околоземного пространства, организуют «слежение» за состоянием земель, минерально-сырьевых ресурсов недр, сохранностью животного и растительного мира и т. д.
Основной объем наблюдений выполняет Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет России). С 1995 г. в России с целью радикального повышения эффективности службы наблюдения введена Единая государственная система экологического мониторинга (ЕГСЭМ) (рис. 22.2, по В. В. Петрову, 1995).
Рис. 22.2 . Государственная система экологического мониторинга
К основным задачам ЕГСЭМ, в частности, относятся:
¨ ведение специальных банков данных, характеризующих экологическую обстановку, и гармонизация их с международными эколого-информационными системами;
¨ оценка и прогноз состояния объектов и антропогенных воздействий на них, откликов экосистем и здоровья населения на изменение состояния окружающей среды.
Задачи по программированию изменений в окружающей среде и принятию управляющих решений, т. е. решений, предотвращающих негативные изменения среды, в системе мониторинга решают с помощью математического моделирования на ЭВМ. Используется динамическая, постоянно действующая модель (ПДМ), входящая в автоматизированную информационную систему (АИС) мониторинга. Особенность ПДМ ¾ циклическое функционирование: по мере поступления новых данных в АИС они загружаются в ПДМ и на модели «проигрывается» вариант развития моделируемой системы, затем при новых исходных данных цикл повторяется уже с учетом предыдущего варианта развития и т. д. Отсюда следует очень важное свойство ПДМ: чем дольше функционирует система мониторинга, тем полнее информация и тем ближе модель к моделируемому объекту.
Наиболее эффективным инструментом изучения и оценки комплексного воздействия техногенных и природных факторов на окружающую среду являются геоинформационные системы (ГИС). Эти системы представляют собой совокупность технических, программных и организационных средств сбора, хранения и обработки многоплановой, преимущественно региональной экологической информации, составляют основу АИС и способны обеспечить эффективный контроль, прогнозирование и управление экологической ситуацией.
Контрольные вопросы
1. Что такое экологическое право? Перечислите его основные источники в нашей стране.
2. Каково основное содержание Закона Российской Федерации «Об охране окружающей среды» (2002)?
3. Какова структура государственных органов в области охраны окружающей среды в России?
4. Что такое экологический паспорт предприятия?
5. Какова эффективность государственной экологической экспертизы?
6. Что такое экологический риск? Какие регионы относятся к зонам повышенного экологического риска?
7. Что такое мониторинг окружающей среды, каковы его основные ступени и блоки?
8. Что понимается под государственным экологическим контролем? Какие виды экологического контроля действуют в нашей стране?
Глава 23. Экологические права и обязанности граждан
Контрольные вопросы
1. Назовите основные экологические права и обязанности граждан России.
2. Каковы роль и значение общественного экологического движения?
3. Какие существуют виды ответственности за экологические правонарушения?
4. В каком объеме возмещается вред, причиненный окружающей среде?
Глава 24. Экономический механизм охраны окружающей среды
Контрольные вопросы
1. Каковы особенности нового экономического механизма охраны окружающей среды?
2. Что такое лицензия, договор и лимит на природопользование?
3. Какими способами в современных условиях повышают заинтересованность природопользователя в сохранении ресурсов и их рациональном использовании?
4. В чем смысл модели устойчивого развития общества? Пути ее реализации в России.
Глава 25. Экологизация общественного сознания
Контрольные вопросы
1. Охарактеризуйте основные этапы формирования нового экологического мировоззрения.
2. В чем суть ноосферного мышления?
3. Почему на смену антропоцентризму должен прийти новый тип экологического сознания ¾ экоцентризм?
4. Каковы основные принципы биосферной этики (по Ф. Я. Шипунову)?
5. Что такое экологическое образование, воспитание и культура?
Глава 26. Международное экологическое сотрудничество
Контрольные вопросы
1. Почему необходимость гармонизации международных экологических отношений становится ключевой проблемой экологической стратегии государств?
2. Какие объекты окружающей среды относят к международным и национальным?
3. Что вы знаете о важнейшем форуме по экологии в ХХ в. ¾ Конференции ООН в Рио-де-Жанейро в 1992 г.?
4. Какова роль России в международном экологическом содружестве?
Экологический манифест по Н. Ф. Реймерсу
(вместо заключения)
Природа. Тысячелетиями мы боролись с ней, покоряли ее, преобразовывали, нещадно уничтожали.
Но не природе нужна наша защита. Это нам необходимо ее покровительство: чистый воздух, чтобы дышать, кристальная вода, чтобы пить, вся Природа, чтобы жить. Она ¾ Природа ¾ была и всегда будет сильнее человека, ибо она его породила. Он лишь миг в ее жизни. Она же вечна и бесконечна.
Биосфера серьезно больна. Ее поразило вмешательство человека в ее жизнь. Бездумная техника сминает природу, кромсает биосферу, давит человечество, травит Землю.
Этот путь окончен. Век безоглядной эксплуатации природы человеком позади. Природа требует воспроизводства. В обращении с планетой нужны глубокие знания и мудрая осторожность. Они символ экологии.
Объединимся же под знаком мудрости экологического гуманизма!
Наше НЕТ:
¨ любым войнам;
¨ любым битвам с Природой;
¨ безграмотному технократизму и волюнтаризму в природопользовании;
¨ шапкозакидательству в демографии;
¨ технократическому гигантизму, который всегда предвещает начало конца;
¨ всему, что конъюнктурно и не обещает реальных экономических выгод на перспективу столетий, и только в этой совокупности благ, а не иначе;
¨ всему, что грозит биосфере Земли, угрожает людям, каждому человеку.
Наше ДА:
¨ миру и спокойствию;
¨ любви и уважению к Природе ¾ фундаменту и условию человеческой жизни;
¨ сохранению биосферы того типа, в которой возник и развивался Человек разумный;
¨ максимальному сбережению видов живого, мест обитания;
¨ ресурсосберегающим, экономным и малоотходным технологиям;
¨ «замкнутым» циклам производства;
¨ новым биологизированным путям развития сельского хозяйства;
¨ заводам без дыма, фабрикам без ядовитых стоков, автомашинам без удушливого выхлопа;
¨ тишине;
¨ трезвой демографической стратегии;
¨ экологической культуре.
Грядет новая эпоха. На пороге глобальная революция ¾ мирная революция экологии. Ее цели ¾ выживание планеты Земля. Зеленый свет всему, что сберегает ресурсы жизни.
– Конец работы –
Используемые теги: Экология, Электронный, учебник, учебник, ВУЗов0.09
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Экология: электронный учебник. Учебник для ВУЗов
Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов