ЭКОЛОГИЯ: ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИВАНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В.И. ЛЕНИНА»

 

 

И.Г. Мельцаев, А.Ф. Сорокин, С.Г. Андрианов, А.М. Осипов

 

ЭКОЛОГИЯ: ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ,

ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

( В этой части книги даны те главы, которых нет в учебном пособии 2007 г.)    

ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

УЧЕБНИК   Редактор Т.В. Соловьева

ВВЕДЕНИЕ

Мы все пассажиры одного корабля по имени Земля, и пересесть из него просто некуда. Поэтому человечество обязано призвать свой разум, найти силы и средства, чтобы воздвигнуть себе надгробный памятник на безжизненной планете с надписью: «Каждый хотел лучше для себя».

Антуан де Сент – Экзюпери

Вторгаясь с помощью технологий и техники в естественные природные процессы, человек часто нарушает закономерности их протекания, вызывая… Положение человека в биосфере своеобразно. Как биологический вид он -… Человек, с одной стороны, естественная составляющая биосферы, а с другой – чужеродная, который по качественному…

ГЛАВА 1. ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ЦИВИЛИЗАЦИИ И ВОЗНИКШИЕ

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИЗИСЫ

Все эти проблемы так или иначе тесно связаны с прошлым и будущим нашей цивилизации. В самой же биосфере никаких экологических проблем не существует.…  

Демографический взрыв и его

Экологические последствия

Во второй половине ХХ века с каждым десятилетием среднегодовое увеличение составило приблизительно 10 млн человек, достигнув к середине 60-х годов… Демографический взрыв вызван тем, что начиная с середины прошлого столетия… С позиций экологии человека не менее важны и качественные аспекты проблемы. А что же происходит в таком случае с…

Таблица 1.1. Первая двадцатка государств, ранжированных по количеству людей в 1998 г., прогноз на 2050 г.

 

Место	1998 г.	2025 г.
Государство	Население, млн чел.	Государство	Население, млн чел.
	КНР Индия США Индонезия Бразилия Россия Пакистан Япония Бангладеш Нигерия Мексика Германия Вьетнам Иран Филиппины Египет Турция Таиланд Франция Эфиопия		Индия КНР Пакистан США Нигерия Индонезия Бразилия Бангладеш Эфиопия Иран Конго Мексика Филиппины Вьетнам Египет Россия Япония Турция ЮАР Танзания

 

По мнению А.С. Степановских (2003), в этой формуле не учтён фактор времени, характеризующий жизнь человека, его репродуктивную способность и продолжительность жизни. Если построить модель и ввести в неё характерные для жизни человека время , то исключаются особенности роста населения в прошлом и настоящем. Процесс роста начинается в Т₀ = 4,4 миллиона лет назад и продолжается за пределами критической даты Т₁ , предвидимое в будущем, и выражается формулой

,

описывающей эпоху до демографического перехода и сам переход. Значение новых постоянных получается на основе сравнения современных демографических данных с расчётом:

С = 18610⁹ лет; Т ₁ = 2007 год; = 42 года;

К = = 67000.

Эксперты ООН считают, что снижение рождаемости в развивающихся государствах произойдёт не раньше 2100 г., когда численность населения Земли стабилизируется примерно на уровне 11,5 – 12,0 млрд человек. Основная доля увеличения населения в настоящее время приходится и в будущем будет приходиться на развивающиеся государства.

 

Проблема нехватки продуктов питания

Т. Мальтус (1766 – 1834) впервые высказал мысль о том, что при росте народонаселения будет увеличиваться дефицит сельскохозяйственных земель для… В ХХ веке потеряно по разным оценкам около 20 % плодородных земель от общего… Зона страдающего от голода и недоедания большинства населения протянулась по обе стороны экватора и включает…

Проявление парникового эффекта

1. Теория превалирующей роли природной эмиссии диоксида углерода. Согласно этой теории антропогенной доле выбросов СО2 принадлежит всего лишь около… 2. Адиабатическая теория изменения температуры в атмосфере. Изменение… 3. Гипотеза периодических оледенений в Северном полушарии. Эта гипотеза исходит из возможности изменения течений в…

Таблица 1.2. Загрязнение атмосферы при работе ТЭЦ на разных видах топлива, г/кВт/ч

Выброс	Вид топлива
Каменный уголь	Бурый уголь	Мазут	Природный газ
SO2 NOx Твёрдые частицы Фтористые соединения	6,0 21,0   1,4   0,05	7,7 3,4   2,7   1,11	7,4 2,4   0,7   0,004	0,002 1,9   -   -

 

Весьма серьёзными загрязнителями считаются чёрная и цветная металлургия, на которые приходится 40% общероссийских валовых выбросов вредных веществ, из них по газообразным веществам 34,0 %, по твёрдым 26,0 %. В среднем на
1 млн т годовой производительности заводов чёрной металлургии выделение пыли составляет 350 т/сутки, сернистого ангидрида – 200, оксида углерода – 400, оксидов азота –
42 т/сутки.

К тому же чёрная металлургия является одним из крупных потребителей воды. Водопотребление её составляет 12 – 15 % от общего потребления воды промышленными предприятиями РФ.

Последствия парникового эффекта вызывают большие опасения. Международная конвенция климатологов в Австрии (1988 г.) спрогнозировала к 2030 – 2050 гг. повышение температуры на 1,5 – 4,5⁰С, которое может вызвать подъём уровня воды в океане до 50 - 100 см, а к концу ХХI в – до 2,0 м. Трудно предсказать все страшные последствия повышения уровня воды моря. Людей ожидаёт не только подтопление, но могут значительно усилиться засухи. Многие наземные экосистемы не смогут достаточно быстро приспособиться к изменению климата, вследствие чего некоторые из них погибнут, в том числе лесные. Погибшие огромные по масштабу лесные массивы при разложении будут являться дополнительными источниками эмиссии парниковых газов в окружающую среду, что ещё больше усугубит существующее положение и так не очень благоприятное.

 

Появление озоновых дыр

Своему существованию озоновый слой обязан деятельности фотосинтезирующих растений (выделение кислорода) и действию на кислород ультрафиолетовых… 3О2 + 285 кДж = 2О3. С антропогенными изменениями состава атмосферы связано разрушение озонового слоя, который является «защитным экраном»…

Проблема кислотных дождей

При сжигании органического топлива на тепловых электростанциях в атмосферу выбрасываются 72 % оксидов серы, 20 % от сжигания другими промышленными… Эмиссия оксидов азота также происходит при сгорании углеродосодержащего… При производстве 1 кВт/ч электроэнергии от сжигания каменного угля выделяется 6,0 г оксидов серы; 7,7 г бурого угля;…

Таблица 1.4. Состояние озёр в некоторых странах мира вследствие выпадения кислотных дождей

Страна

Состояние озёр

Канада     Норвегия   Швеция     Финляндия     США

Более 14 тыс. озёр сильно закислены; каждому седьмому озеру на востоке страны нанесён биологический ущерб В водоёмах общей площадью 13 тыс км2 уничтожена рыба и ещё на 20 тыс. км2 – поражена В 14 тыс. озёр уничтожены наиболее чувствительные к уровню кислотности виды; 2200 озёр практически безжизненны 8 % озёр не обладает способностью к нейтрализации кислоты. Наиболее закисленные озёра – в южной части страны В стране около 1 тыс. подкисленных озёр и 3 тыс. почти кислых

 

По оценкам международных организаций, в 1990 г. на долю английских выбросов приходилось 14,0 % загрязнённости окружающей среды серой в Швеции, 7,0 % – ФРГ, 7,0 % – Норвегии. На Северную Швецию и Норвегию выпадало загрязняющих веществ в 1,5 – 2,0 раза больше, чем выбрасывалось ими в атмосферу.

Подкисленная вода интенсивнее растворяет многие минералы. Ртуть в кислой воде может превратиться в ядовитую минметиловую ртуть, кислая вода растворяет даже свинец. Кислотные дожди разрушают строительные материалы (растворы, гипс, камень и др.), реагируя с кальцием и магнием, входящими в их состав: усиливают коррозию строительных конструкций из железа и других металлов. Они негативно влияют на фитоценозы, почву – приводят к деградации, а вместе с деградацией к исчезновению многих видов организмов, не переносящих кислую среду обитания, особенно страдают лесные массивы. Так, например, Чехословакии серьёзно повреждены деревья на площади 200 тыс. га, в Польше – 500 тыс. То же самое наблюдается и в других государствах Европы, а особенно около крупных химических комбинатов.

По данным Росгидромета на территорию Российской Федерации ежегодно с осадками выпадает 4,22млн т серы, 1,25 млн т нитратного азота и 4,0 млн т суммарного азота. Выпадение осадков с повышенной кислотностью (рН < 4), в первую очередь, относится к северу-западу России, Предуралью, западным и центральным районам Воронежской и Ростовской областей, акваториям Финского залива и Ладожского озера.

Кислотные дожди высвобождают из почвенно-поглощающего комплекса аммоний – токсичный для многих видов организмов. Туман серной кислоты вызывает аллергию, а более концентрированный – нарушения верхних дыхательных путей, частицы сульфатов железа считаются канцерогенами.

По данным академика Ю.А. Израэля, ежегодный экономический ущерб от кислотных дождей при выпадении на почву составляет около 3 млрд руб. (в ценах 1990 г.). Это та сумма, которая необходима для приобретения известкового материала и его внесения в почву, чтобы восстановить прежнюю кислотность почвенного раствора.

 

Уничтожение лесов и их последствия

На сегодняшний день общая площадь лесов составляет 2438 млн га, из них леса тропических поясов 1233млн га (48,4 %), леса умеренных поясов 1205 млн… В развитых государствах умеренных широт (США, Западная Европа), где остались… Суммарное потребление древесины в мире (по данным вывозки деловой древесины) в настоящее время составляет 3 млрд м3 в…

Истощение энерго- и минеральных ресурсов

Всеми отраслями человеческого хозяйства ежедневно извлекается из недр земли почти 150 – 200 млрд т вещества и материалов, а сжигается примерно 125… Анализ добычи полезных ископаемых за истекшее ХХ столетие указывает на общую… В 90-х годах ХХ столетия в России добывалось около 17 % нефти, 25 % газа, 15 % каменного угля, 14 % товарной железной…

Таблица 1.6. Мировые запасы топливно-энергетических ресурсов

 

Вид топлива	Геологические ресурсы	Разведанные извлекаемые ресурсы
Уголь, млрд т Нефть, млрд т Природный газ трлн т Газовый конденсат, млрд т Искусственное жидкое топливо (из сланцев и битуминозных пород), млрд т Уран, млн т	4880-5560 207-252 260-270 33-34   3,2	72-98 49-74 6-9   1,6

 

Доминирующим источником энергии по-прежнему остаётся ископаемое топливо. Разведанные запасы топлива на несколько порядков ниже, чем геологическая их оценка, от суммарного содержания в земной коре. Преобладающая масса содержится в рассеянных месторождениях горючих сланцев, где концентрация углеводородов ниже 3 %, реальные эксплуатационные запасы в 2 – 3 раза меньше разведанных.

Доступные запасы нефти и газа примерно на два порядка превышают их современное годовое извлечение, запасы угля – на три порядка. Этих запасов энергоресурсов при современном их использовании должно хватить: подвижной нефти –
60-65 лет, газа – 50-60 лет, каменного угля 380-400 лет. Учитывая, что потребление продолжает расти, а значит, реальные показатели должны быть заметно меньше. Обычно его спрос энергоресурсов зависит от промышленного роста и роста мировых цен на топливо. Разведанного же уранового топлива должно хватить примерно на 100-120 лет без увеличения его использования. Общие рудные запасы составляют 20,9 млн т, разведанные – 3,3 млн т, за 50 лет потрачено 1,5 млн т урана.

Исходя из этой ситуации, мировому сообществу необходимо использовать в срочном порядке для своего дальнейшего существования новые источники энергообеспечения. Этими источниками могут быть гелиоэнергетика, энергетика геотермальных вод, энергия морских приливов и отливов, ветровая энергетика, биоэнергетика, широкое использование водородной энергетики.

Деградация сельскохозяйственных угодий

На заре земледелия продуктивные земли составляли около 4,5 млрд га, сейчас их площадь уменьшилась до 2,5 млрд га. На нашей планете больше не… Угрожающе расширяет свои границы величайшая пустыня мира - Сахара. Темпы… Ежегодные потери гумуса в Российской Федерации, по данным РОСНИИЗЕМПРОЕКТА, на пашне составляют 0,62 т/га, а в целом –…

Эвтрофирование водоёмов

Эвтрофирование водоёмов является одним из воздействий на окружающую природную среду. Термин трофность водных объектов был введён в экологию… Выделяют три вида трофности водоёмов: Дистрофные (отсутствие) водоёмы характеризуются превышением скорости разложения (Р) органических веществ над…

Постепенный переход из дистрофного или олиготрофного состояния в эвтрофное называется эвтрофированием.

Скорость фотосинтеза водорослей при антропогенном эвтрофировании повышается очень резко из-за поступления в водоёмы питательных веществ со сточными… Очевидным проявлением антропогенного эвтрофирования является массовое развитие… Некоторые виды водорослей придают воде очень неприятный запах и вкус и выделяют токсичные вещества. При массовом…

Вопросы для самоконтроля

2. Что из себя представляет демографический взрыв, как происходил и какие экологические последствия при этом возникли? 3. Чем вызван недостаток продуктов питания в мире? 4. Что представляет собой парниковый эффект и чем угрожает?

ГЛАВА 2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЭКОЛОГИИ КАК НАУКИ И ЕЁ ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ

Развитие экологических знаний

Много сведений по этому поводу встречается в древних египетских, китайских, тибетских, индусских и европейских письменах. Очень любопытны некоторые… Высокогорные жители этой страны освобождались от обработки земли и выпаса… Большой вклад в развитие знаний о природной среде внесли античные ученые. Древнегреческому философу Эмпедоклу из…

Этапы формирования классической экологии

Г.С. Розенберг, Д.П. Мозговой формирование экологии делят на несколько периодов из понимания их значимости и количество событий, отражающих зарождение, формирование и развитие экологических знаний и самой экологии как науки.

Наиболее продолжительный этап развития экологии обоснованно считается подготовительным, в это время в научных трудах естествоиспытателей появились отдельные элементы экологических знаний, который закончился в 1866г., когда
Э. Геккель в предисловии к научному труду «Общая морфология организмов» назвал науку об организмах и окружающей их среде экологией. Несколько позднее в своих трудах
Э. Геккель дает следующее понятие экологии: «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей средой как органической, так и неорганической, и, прежде всего, дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт».

Экология – это синтетическая биологическая наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания.

Одним словом, экология ─ это изучение всех слагаемых взаимоотношений, которые Ч. Дарвиным были названы условиями жизни в борьбе за свое существование.

Глубокие исследования Ч. Дарвина и концептуальные обобщения немецкого биолога Э. Геккеля стали главными стимулами для активизации в области экологических исследований. Во второй половине XIX в. многие исследователи уделили большое внимание изучению растений и животного мира, их приспособляемости к климатическим условиям. Согласно данной периодизации второй этап охватывает конец XIX в. и первую половину ХХ в. (1886 – 1935 гг.). На этот период приходится формирование факториальной экологии, накопление фактического материала по динамике популяций, изучению отношений животных и растений к разнообразным абиотическим факторам существования.

Рассматриваемый период (1866 – 1935) значительно уступает по длительности первому, но он гораздо богаче открытиями в этой области. Французский ученый Ж.Ж.Э. Реклю уже в 1868 г. употребил такое понятие, как биосфера, а в 1926 г.
В.И. Вернадский создает фундаментальное учение о биосфере. Большое значение для становления теоретических основ экологии имел научный трактат, написанный К. Мёбиусом «Устрицы и устричное хозяйство», где сделал вывод о совместном существовании сообществ организмов или биоценозов. Американец С. Форб (1887 г.) впервые рассмотрел озеро как микрокосм, то есть целостную систему, состоящую из живых организмов и абиотического окружения, и этим самым заложил начало учению об экосистемах.

Русский натуралист А.А. Силантьев (1868 – 1918), исследуя экологические особенности жизни сообществ грызунов и насекомых, поставил перед собой задачу прогнозирования изменения их численности и выдвинул идею об использовании хищников и паразитов по предотвращению массового размножения вредных для человека организмов.

В 1909 г. немецкий естествоиспытатель Э. Митчерлих сформулировал принцип совокупного действия факторов на продуктивность биогеоценозов. Впоследствии этот принцип дополнили Б. Бауле и А. Тинеман, который стал именоваться законом совокупного действия факторов Митчерлиха-Тинемана-Бауле, являющимся главным постулатом экологического земледелия.

В 1910 г. А.Г. Раменским был сформулирован важный экологический принцип неразрывности. В США 1911 г. В. Шелфордом дано определение закону толерантности (терпимости). В этот период увеличилось количество открытий, имеющих серьезное значение для экологии. В частности, были разработаны следующие основополагающие категории экологии: климакс ─ Т. Клаус (США 1901 г.); популяция ─ В.Л. Иогансон (1903 г.); биота ─ Э. Роковице (1907 г.); аутэкология и синэкология ─ К. Шредер (1910 г.); экотоп─ Г.Н. Высоцкий
(1915 г.); фитоценоз и флуктуация ─ И.К. Пачоский (1915 г.); пространственная экологическая ниша ─ Д. Гринелл
(1917 г.); биомасса ─ Р. Демоль (1927 г.); ноосфера ─ Э. Леруа (1927 г.) и множество других.

Огромное значение для развития экологии имело учение о лесе, разработанное в 1912 г. известным русским лесоводом Г.Ф. Морозовым как о целостном географическом комплексе. Другой русский ученый, В.В. Алехин (1915 г.), сформулировал правило предварения, которое вторично было сформулировано Г. Вальтером, и оно было зафиксировано как правило Вальтера-Алехина. Американский ученый Ф.Э. Клементс разработал учение о сукцессиях (сменах сообществ живых организмов). В 1926 г. выходит фундаментальный труд В.И. Вернадского «Биосфера» (кстати, первым слово биосфера употребил
Ж.Б. Ламарк (XVIII в), затем геолог Э. Зюсс), в котором всесторонне рассмотрена и обоснована планетарная геохимическая роль живого вещества и его главные функции.

В это же время в нашей стране и за рубежом были изданы интересные в научном плане монографии, учебники и учебные пособия, сыгравшие большую роль в формировании экологии как науки и как учебной дисциплины.

Здесь же можно отметить научный труд «Экология животных» Ч. Элтона, в котором разработано и обосновано новое научное направление – популяционная экология, сформулированы закон пирамиды чисели экологическая ниша.

Необходимо вспомнить работы советского ученого
Д.Н. Кошкарова, который в 1933 г. выпустил книгу «Среда и сообщество», которая является основой синэкологии, в 1936 г. выходит второй его научный труд «Жизнь пустыни», а в 1938 г. выпускается новый учебник по экологии «Основы экологии животных».

К завершающему второй этап формирования и развития экологии нужно отнести труд В.В. Станчинского (1931 г.)
«О трофических уровнях и пирамиде энергии». Несколько позже (1934 г.) вышла книга Ф.Г. Гаузе «Борьба за существование», где автор изложил принципы конкурентного исключения и описал первый эксперимент по изучению взаимоотношений видов.

Экология на предыдущих этапах развития в целом не выходила за пределы чисто биологических исследований. Ученые, изучающие экологию, практически не касались проблемы существования самого человека, а также охраны среды его обитания. Тем не менее не мог остаться незамеченным факт все более усиливающегося давления человека на окружающую природную среду.

Согласно принятой классификации началом третьего периода развития экологии считается публикация научного труда англичанина А.Б. Тенсли (1935 г.) «Правильное и неправильное использование концепций и терминов в экономии растений».

А.Б.Тенсли предложил термин экосистема и дал ей глубокое всестороннее осмысление, подразумевая под экосистемой единый комплекс живых организмов, прежде всего, растений и абиотических условий, приуроченных к данной местности, занятой растительностью и животными. Концепция экосистемы принадлежит к числу важнейших теоретических обобщений. Работа А. Тенсли положила начало переходу на новую ступень в развитии экологии благодаря использованию принципов комплексности и системности.

В Германии К. Тролль (1939 г.) обосновал научное направление ─ экология ландшафта, являющееся и в настоящее время одной из ключевых проблем агроэкологии. В 1940 г. В.И. Вернадский сформулировал закон биогенной миграции атомов, согласно которому понимание общих химических процессов, имеющих место на поверхности суши, в атмосфере и в заселенных живыми существами глубинах литосферы и вод, а также в геологических слоях, образованных прошлой деятельностью организмов, невозможно без учета биотических и биогенных факторов, в том числе эволюционных. Позднее выходит его знаменитое учение о ноосфере, ставшее основой понимания и решения проблем взаимодействия человека с окружающей природной средой, а также сохранения в целостности биосферы.

К большому научному событию этого времени следует отнести разработку учения о биогеоценозах, точнее о биогеоценологии. Используя диалектические принципы всеобщей связи элементов природы, непрерывного развития в результате борьбы противоположностей, перехода количества в качество на основе анализа закономерностей, управляющих лесными естественными насаждениями, В.Н. Сукачев пришел к выводу, что в природе существуют не просто биоценозы, а системы, которые объединяют органические сообщества с абиотическими условиями, свойственными определенной территории. Единство биоценоза, экологических условий и территории (экотопа) образует комплекс, который был назван им биогеоценозом. Американский исследователь Дж. Хатчинсон в 1961 г. описал и открыл парадокс планктона и сделал вывод о том, что наряду с конкуренцией есть и другие (более гуманные) взаимоотношения между организмами при формировании сообществ. Необходимо отметить совместные работы Р. Мак-Артура и Д. Каннели
(1966 г.) «Биология популяций», Р. Мак-Артура и Е. Уилсона (1967 г.) «Теория островной биогеографии». В этих работах упор сделан на конкуренцию как основного фактора формирования сообществ.

Характеризуя третий этап формирования экологии как науки, можно утверждать, что процесс формирования в этой области в целом завершился. Учение об экологии включает три взаимосвязанных основных направления:

· экологию видов (демэкологию) (рис.2.1);

· экологию биоценозов (синэкологию или биоценологию);

· экологию человека.

 

 

Рис.2.1. Структура экологических наук (по Н.Ф.Реймерсу, 1994;
В.А. Вронскому, 1996; А.Д. Потапову, 2000)

 

Нарушение равновесного состояния экосистем из-за сокращения видового разнообразия растительного и животного мира, загрязнения среды их обитания, нерационального природопользования привели к замене эволюционно сложившихся причинно-следственных взаимосвязей между биотическими и абиотическими компонентами, к случайно возникающим явлениям и часто с непредсказуемыми последствиями. Как отмечает видный американский ученый Д. Симберлофф (1980 г.), характерной чертой современной экологии стал учёт роли случайных (стохастических) факторов в формировании структуры и динамики экосистем, что явилось концом третьего этапа развития экологии. Появление научной работы «Сукцессия парадигм в экологии» А.М. Гилярова связывается с началом развития четвертого этапа экологических знаний – интегрального периода, особенностью которого считается совместное существование детерминистской и стохастической (случайных) концепций.

Понимание этого обстоятельства приобрело исключительно актуальное значение в 50-е гг. ХХ столетия, когда в связи с появлением атомного оружия и его испытаний в биосфере над человечеством начали сгущаться серьезные «экологические тучи». Из сугубо биотической экология трансформируется в глобальную науку, изучающую не только среду обитания растительного и животного мира, но и самого человека, зависимость которого от состояния окружающей природной среды становится все очевиднее. Таким образом, понятие экология приобретает новое, более глубокое смысловое значение, поскольку современное экологическое миросознание синтезирует фактически весь спектр областей наук (естественных, гуманитарных, технических). Это наиболее трудоемкая сфера познания и деятельности. Общая экология, как и прикладные её направления, выполняет следующие научные функции: измерительную, классификационную, диагностическую, описательную, синтезирующую, прогностическую и конструктивную. И это должно обязательно учитываться при решении конкретных экологических задач. Выживание человеческой популяции требует оптимизации взаимодействия человека и природной среды на основе глубоких и всесторонних экологических познаний.

 

Основные разделы экологии

Общая экологияпосвящена объединению разнообразных экологических знаний на едином научном фундаменте. Её ядром является теоретическая экология, которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем. Многие природные экологические процессы протекают очень медленно и вызваны они множеством условий. Для изучения их механизмов недостаточно одних натурных наблюдений, кроме этого нужен и эксперимент. Экспериментальная экология обеспечивает методическим инструментом различные разделы науки. Поэтому широко применяется моделирование, в частности математическое. Вместе с обработкой информации и количественным анализом фактического материала моделирование входит в раздел общей экологии, который называется математической экологией.

Биологическая экология – это классическая экология, сформировавшаяся в рамках биологии, представляющая собой достаточно цельную область естествознания. Она посвящена взаимодействиям с окружающей средой надорганизменных биологических систем всех уровней.

В биоэкологии выделяются:

­ экология отдельных особей как представителей определённого вида организмов – аутэкология;

­ экология генетически однородных групп организмов одного вида, имеющих общее место обитания – популяционная экология;

­ экология многовидовых сообществ – биоценозов – синэкология;

­ учение об экологических системах – биогеоценология.

Другой принцип деления относится к таксономическим группам организмов: царствам бактерий, грибов, растений, животных – и к более мелким систематическим категориям: типам, классам, отрядам. Например, экология водорослей, экология насекомых, птиц, китов и др. Ещё один раздел составляет эволюционная экология – учение о роли экологических факторов в эволюционном процессе. Именно в биоэкологи на основе изучения роли потоков веществ, энергии и информации в жизнедеятельности организмов формируется представление об экономике природы.

Подразделение делается также по типу среды обитания – наземной (суши), пресноводной, морской, аэротопной (воздушной); по принадлежности сообществ организмов к разным природно-климатическим зонам (экология смешанных и хвойных лесов, пустынь, полупустынь, степей, гор и т. д.); типам ландшафтов (экология речных долин, морских побережий, болот, островов, коралловых рифов и т.п.). Эту совокупность приложений иногда называют ещё географической экологией.В сумму экологических знаний входит экология человека – комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как индивидуума (биологической особи) и личности (социального субъекта) с окружающей природной и антропогенной средой. Социальная экология как часть экологии человека – это объединение научных отраслей, изучающих связь общественных структур (начиная с семьи и других малых общественных групп) с природной и социальной средой их окружения. К этому объединению относятся экология народонаселения – экологическая демография и экология человеческих популяций. При этом рассматривается как влияние среды на общество, так и воздействие общества на среду.

Прикладная экология – это комплекс дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между обществом и природой. Она формирует экологические критерии экономики, исследует механизмы антропогенных воздействий на природу и окружающую человека среду, следит за её качеством, обеспечивает нормативы неистощимого использования природных ресурсов, осуществляет экологическую регламентацию производственной деятельности, контролирует экологическое соответствие планов и проектов, разрабатывает технические средства охраны природной среды и восстановления нарушенных хозяйственной деятельностью природных систем. Выделяются следующие разделы прикладной экологии: инженерная, сельскохозяйственная, биоресурсная и промысловая, коммунальная и медицинская.

Инженерная экология – сравнительно новое направление экологической науки, изучающее взаимодействия техники и природы, закономерности формирования региональных и локальных природно-технических систем и способы управления ими в целях защиты природной среды и обеспечения экологической безопасности. Инженерная экология призвана обеспечить соответствие техники и технологий промышленных объектов экологическим требованиям. В сферу промышленной экологии входит комплекс взаимосвязанных задач:

- регламентации экологически безопасного производственного освоения территорий, размещения и строительство хозяйственных объектов; оптимизация отраслевой структуры производства;

- определение допустимой техногенной нагрузки на территории, контроль и регламентация материально-энергетических потоков производства и техногенных эмиссий от различных инженерных объектов;

- экологизация производства, создание энерго- и ресурсосберегающих и малоотходных технологий, экологически чистых материалов и продуктов производства;

- экологическая безопасность территориальных промышленных комплексов, производственных процессов, сооружений, машин и изделий;

- инженерно-экологическое обеспечение производства, разработка методов инженерно-экологической профилактики, восстановления и реконструкции ландшафтов.

Инженерной экологии приходится часто иметь дело с воздействием экологических факторов и различных живых организмов на инженерные объекты.

Сельскохозяйственная экологияв своей значительной части сливается с биологическими основами земледелия (агроэкология) и животноводства (экология сельскохозяйственных животных). Экосистемный подход обогащает агробиологию принципами и средствами рациональной эксплуатации земельных ресурсов, повышения продуктивности и получения экологически чистой и биологически полноценной продукции.

Биоресурсная и промысловая экологияизучает условия, при которых эксплуатация биологических ресурсов природных экосистем (лесов, континентальных водоёмов, морей и океана) не приводит к их истощению и нарушению, утрате видов, уменьшению биоразнообразия. В задачи этой дисциплины входят также разработка методов восстановления и обогащения биоресурсов, научное обоснование интродукции и акклиматизации растений и животных, создание заповедников.

Экология поселений и коммунальная экологияэто разделы прикладной экологии, посвящённые особенностям и влияниям различных факторов искусственно преобразованной среды обитания людей в жилищах, населённых пунктах, в городах (урбаноэкология).

Медицинская экологияобласть изучения экологических условий возникновения, распространения и развития болезней человека, в том числе острых и хронических заболеваний, вызванных природными факторами и неблагоприятными техногенными воздействиями на среду. Медицинская экология включает в качестве отдельного раздела рекреационную экологию – отдыха и оздоровления населения.

Из перечисленных разделов экологии видно, что экологизации подверглись многие науки и сферы практической деятельности. В их пограничных зонах возникают новые дисциплины. Например, геоэкология тесно взаимодействует с биогеографией – наукой о географическом распределении организмов, многие разделы этих дисциплин накладываются друг на друга. Это можно сказать и об экологии человека, с одной стороны, социологии и антропологии – с другой. По системной совокупности объектов «большая экология» это одна из самых синтетических наук, требующая универсальной подготовки и глубоких профессиональных знаний.

 

Системные связи в биосфере

─ + + ─

Принципы и теории систем в экологии

1. Свойства системы невозможно понять лишь на основании свойств её отдельных частей, решающее значение имеет именно связь или взаимодействие между… 2. Каждая система имеет определённую структуру. Она не может состоять из… В экологии оно обычно оценивается по показателю К. Шеннона:

Фундаментальные законы экологии

Закон больших чисел: совокупное действие большого числа случайных факторов приводит, при некоторых общих условиях, к результату, почти не зависящему… Принцип Ле Шаталье – Брауна. При внесении воздействий, выводящих систему из… Действует закон всеобщей связи вещей и явлений в природе и обществе. Он связан с законом физико-химического единства…

Под системой понимаются упорядоченно взаимодействующие и взаимозависимые компоненты, образующие единое целое.

Следует отметить, что именно с молекулярного уровня начинаются разнообразные и чрезвычайно сложные процессы, лежащие в основе жизнедеятельности… Клеточный уровень. Клеткане только структурная единица любого живого… Организменный уровень. Элементарной единицей организменного уровня является отдельная особь. Она рассматривается в…

Экология – это наука, исследующая закономерности жизнедеятельности организмов (в любых её проявлениях и на всех уровнях интеграции) в их естественной среде обитания с учётом изменений, вносимых в среду деятельностью человека.

Основным содержанием современной экологиисчитается исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой их обитания на популяционно-биотическом уровне, а также изучение жизни биологических макросистем более высокого ранга – биогеоценозов и экосистем.

Главные задачи экологииможно свести к изучению динамики популяций, учению о биогеоценозах и экосистемах. Структура биогеоценозов, на уровне формирования которых происходит освоение среды, способствует наиболее экономному и полному использованию жизненных ресурсов. С этой точки зрения основная теоретическая и практическая задача экологии заключается в том, чтобы вскрыть законы этих процессов и научиться управлять ими в условиях неизбежной индустриализации и урбанизации нашей планеты.

Воздействие человека на природную среду стало очень мощным, что часто приводит к серьёзным негативным последствиям. Поэтому проблемы, которыми занимается экология, всё больше углубляются, расширяются её связи с естественными и общественными науками. Значение экологии в решении прикладных задач, в которых заинтересовано общество, неуклонно растёт. Существует тесная взаимосвязь экологии и экономики, перспективы и нынешнее состояние которых важны для каждого человека и в целом для всего общества.

Исходя из вышеизложенного можно отметить, что основными задачами экологии как науки являются:

1. Исследование закономерностей организации жизни, в том числе в связи с антропогенными воздействиями на природные системы и биосферу.

2. Создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов, прогнозирование изменений природной среды под влиянием деятельности человека и управление процессами, протекающими в биосфере, а также сохранение среды обитания человека.

3. Регулирование численности популяций (в том числе человеческой).

4. Разработка системы мероприятий, обеспечивающих минимум применения химических средств защиты от опасных организмов для человеческой популяции.

5. Экологическая индикация при определении свойств тех или иных компонентов и элементов ландшафта, в том числе индикация загрязнения природной среды.

6. Восстановление нарушенных природных систем, рекультивация выведенных из использования угодий, восстановление пастбищ, плодородия почв, продуктивности водоёмов.

7. Сохранение реликтовых участков биосферы (природных заповедников) и другие.

Необходимо отметить, что задачи экологии как учебной дисциплины могут отличаться, но ясно одно: эксплуатация природных ресурсов и природных систем без понимания и учета взаимоотношения процессов, вызванных техническим прогрессом и миром организмов, неизбежно приведёт к необратимым отрицательным последствиям. Необоснованные попытки преобразовать природу вопреки её законам, имевшие место в прошлом и которые не прекращаются в настоящем, по сути дела породили острую проблему, которая называется экологическим кризисом.

Предмет и методы экологических исследований

В экологии используются методы исследований и понятия, применяемые и в других науках – биологии, математике, физике, химии и т.д. Многие же методы… В связи с этим можно привести два простых примера: один из курса химии, другой… 1. Водород и кислород, соединяясь в определённом соотношении, образуют воду (2Н + О = Н2О) – жидкость, совершенно не…

Популяционный подход. В современных популяционных исследованиях используются математические модели роста, самоподдержания и уменьшения численности тех или иных видов. Построение моделей связано с такими понятиями как рождаемость, выживаемость и смертность особей.

Популяционный подход обеспечивает теоретическую базу для прогнозирования вспышек увеличения численности вредителей и паразитов, имеющих огромное значение для медицины и сельского хозяйства.

Изучение местообитания. Анализ местообитания особо выделяют в связи с удобством проведения исследований. Этот подход широко распространён в полевых исследованиях, так как места обитания легче всего поддаются классификации. Здесь изучают биотические компоненты экосистемы – эдафические (почвенные), топографические и климатические. Анализ места обитания имеет тесные связи с экосистемным подходом и изучением сообществ.

Эволюционная экология рассматривает изменения, связанные с развитием жизни на Земле и позволяет понять основные закономерности, которые действовали в экосфере до того момента, когда важным экологическим фактором, влияющим на большинство организмов и на физическую среду, стала хозяйственная деятельность человека. Этот подход позволяет реконструировать экосистемы прошлого.

Историческая экология изучает изменения, связанные с развитием цивилизации и технологий производств, их возрастающим влиянием на природу, охватывая период от неолита до настоящего времени.

Относительно новым методом исследования в современной экологии является математическое моделирование,позволяющее изучать сложные объекты, явления и процессы путём их упрощённого имитирования (натурного, математического, логического). Существенным преимуществом экспериментов на модели является то, что при этом могут быть воспроизведены такие крайние положения (например, температура), которые в ряде случаев не могут быть воссозданы на самом объекте.

Методы регистрации и оценки состояния среды являются необходимой частью любого экологического исследования. К ним относятся метеорологические наблюдения; измерения температуры, прозрачности, солености воды и анализ её химического состава; определение характеристик почвенной среды, измерения освещённости, радиационного фона, напряжённости физических полей, определение химической и бактериальной загрязнённости среды и т.д. К этой группе методов следует отнести мониторинг – периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством окружающей среды.

Методы количественного учёта организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных лежат в основе изучения природных сообществ. Для этого применяются подсчёты особей на контрольных площадках, в объёмах воды или почвы, маршрутные учёты, отлов и мечение животных, наблюдения за них перемещениями с помощью телеметрии и другие средства вплоть до аэрокосмической регистрации численности стад, скоплений рыбы, густоты древостоя, состояния посевов и урожайности полей.

Исследования влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов составляют наиболее разнообразную группу методов экологии. В их число входят различные, подчас сложные и длительные наблюдения в природе.

Методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сообществах составляют важную часть системной экологии. Здесь также важны натурные наблюдения и лабораторные исследования пищевых отношений, пищевого поведения, опыты с переносом «меток», например, радиоактивных изотопов, с помощью которых можно определить, какое количество органического вещества и энергии переходит от одного звена пищевой цепи к другому: от растений – к травоядным животным, от травоядных – к хищникам.

Кибернетические исследования приобретают всё большее значение в экологии. Потребность в них для целей управления и прогнозирования весьма велики. Существуют близкие к реальным процессам математические модели техногенных эмиссий, распространения загрязнителей в атмосфере, самоочищения.

Методы прикладной экологии быстро развиваются. Её важными средствами становятся:

■ создание геоинформационных систем (ГИС-технологий) и банков экологической информации, относящихся к различным регионам, территориям, ландшафтам, агроэкосистемам, промышленным центрам, городам:

■ комплексный эколого-экономический анализ состояния территорий для целей экологической диагностики и оздоровления экологической обстановки;

■ методы инженерно-экологических изысканий, необходимых для оптимального размещения, проектирования, строительства и реконструкции гражданских и хозяйственных объектов;

■ методы экологически ориентированного проектирования хозяйственных и гражданских объектов, основанные на принципах и расчётах экологического соответствия;

■ технологические методы снижения отходности, побочных эмиссий и коэффициентов вредного действия производственных комплексов, процессов, устройств и изделий;

■ методы оценки влияния техногенных загрязнений и деградации окружающей среды на здоровье людей и состояние природных систем;

■ методы контроля экологической регламентации хозяйственной деятельности; экологический мониторинг; экологическая аттестация и паспортизация хозяйственных объектов, территориальных природно-производственных комплексов; экологическая экспертиза; оценка ожидаемых воздействий проектируемых и строящихся объектов на окружающую среду.

 

Связь экологии с другими науками

Экология ─ одна из сравнительно молодых и бурно развивающихся биологических наук. Однако проникновение экологических идей практически во все…   Таблица 2.1. Классификация биологических наук (по Б.Г. Иоганзену, 1959 г.) Общие науки Частные …

Вопросы для самопроверки

ГЛАВА 3. ПОНЯТИЯ И ТЕРМИНЫ В ЭКОЛОГИИ

 

Понятие о среде обитания и адаптации

Условия существования (или жизни) ─ это совокупность необходимых организму (организмам) элементов среды, с которыми он неразрывно связан и без… Способность живых организмов приспосабливаться к окружающей среде обитания… Наряду с питанием, движением и размножением обязательным свойством любых организмов является их способность к защите…

Пассивный путьтесно связан с подчинением жизненных функций организма к изменению факторов внешней среды. Так, например, недостаток тепла в организме приводит к угнетению жизнедеятельности и понижению уровня метаболизма, это позволяет обеспечивать экономное расходование энергетических запасов. При резком ухудшении условий среды организмы разных видов могут приостанавливать свою жизнедеятельность и переходить в состояние так называемой скрытой жизни. Некоторые мелкие организмы могут полностью высыхать на воздухе, а затем возвращаться к активной жизни после пребывания в воде. Такое состояние мнимой смерти называется анабиозом. Переход в состояние глубокого анабиоза, при котором практически полностью останавливается обмен веществ, существенно расширяет возможности выживания организмов в самых экстремальных условиях. Например, высушенные семена и споры многих растений после увлажнении дают всходы даже через несколько лет. Это относится и к мелким животным. Например, коловратки и нематоды способны в состоянии анабиоза переносить температуры до минус 2000С. Примерами скрытой жизни являются оцепенение насекомых, зимний покой многолетних растений, спячка позвоночных животных, сохранение семян, и спор в почве, и мелких организмов в пересыхающих водоёмах. Некоторые бактерии и вирусы, в том числе болезнетворные, могут находиться в неактивном состоянии сколь угодно долго, пока не возникнут благоприятные условия для их «пробуждения» и последующего активного размножения. Такое явление, при котором имеет место временный физиологический покой в индивидуальном развитии некоторых животных, растений, вызванный неблагоприятными факторами внешней среды, называется диапаузой.

Избегание неблагоприятных воздействий – это выработка организмом таких жизненных циклов, при которых наиболее уязвимые стадии его развития завершаются в самые благоприятные по температурным и другим условиям периода года. Общий для животных путь приспособления к неблагоприятным периодам – это миграция. Так, например, в Казахстане степные сайгаки уходят ежегодно на зиму в малоснежные южные полупустыни, где зимние травы в связи с сухостью климата более питательные и доступные. Летом травостой полупустынь быстро высыхает из-за сухости климата, в связи с этим сайгаки на время размножения мигрируют в более влажные северные местности. Наиболее часто адаптация вида к среде осуществляется определённым сочетанием всех трёх возможных путей их приспособления.

Живые организмы в ходе длительной эволюции выработали разнообразные приспособления (адаптации), которые позволяют регулировать обмен веществ при изменениях температуры окружающей среды. Это достигается: а) различными биохимическими и физиологическими перестройками в организме, к которым относятся изменение концентрации и активности ферментов, обезвоживание, понижение точки замерзания, имеющихся в теле растворов и т.п.; б) поддержание температуры тела на более стабильном температурном уровне, чем температура окружающей среды обитания, что позволяет сохранить сложившийся для данного вида ход биохимических реакций.

Морфологическая адаптация – это наличие таких особенностей внешнего строения, которые способствуют выживанию и успешной жизнедеятельности организмов в обычных для них условиях. Примером подобных адаптаций является выработанное в процессе длительной эволюции внешнее строение организмов, которые обитают в водной среде. В частности, приспособления к скоростному плаванию у многих рыб, кальмаров и парению в воде у планктоновых организмов. Растения, обитающие в пустыне, лишены листьев (вместо широких традиционных листьев у них сформировались колючие иглы), и их строение наилучшим образом приспособлено к максимальному накоплению и минимальным потерям влаги при высоких температурах (кактусы). Морфологический тип приспособления животного или растения, при котором они имеют внешнюю форму, отражающую способ взаимодействия со средой обитания, называют жизненной формой вида. При этом разные виды могут иметь сходную жизненную форму, если ведут близкий образ жизни. Примерами в данном случае могут служить кит (млекопитающее), пингвин (птица), акула (рыба).

Поведенческая адаптация у организмов выражается в самых различных формах. Примерами здесь могут служить формы приспособительного поведения животных, направленное на обеспечение нормального теплообмена с окружающей внешней средой: создание убежищ, передвижение с целях выбора оптимальных по температуре условий, особенно в экстремальных условиях (очень высоких или очень низких). Известны как суточные, так и сезонные кочёвки млекопитающих и птиц. Приспособительное поведение может проявляться и у хищников в процессе выслеживания и преследования своей добычи, а у жертв – в определённых условиях ответных реакций (затаивание). Некоторые насекомые отпугивают своих хищников и паразитов резкими движениями или мимикрией.

Если у отдельного индивидуума адаптация к окружающей среде достигается за счёт его физиологических механизмов, то она именуетсяфизиологической адаптацией.

Физиологическое регулирование может оказаться недостаточным для противостояния к неблагоприятным условиям среды. Иногда длительное напряжение физиологических функций (стресс) приводит к истощению ресурсов организма и может привести к отрицательным последствиям. Поэтому во многих случаях при стойком отклонении условий среды от биологического оптимума происходят такие изменения физиологической регуляции, которые повышают её эффективность и вместе с этим уменьшают общее функциональное напряжение организма. Подобные изменения называют ещё акклимацией. Акклимация растений, животных и человека имеют большое экологическое значение. Физиологические адаптации проявляются в особенностях ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемого составом пищи. В качестве примера можно привести верблюда, который способен обеспечивать потребности организма в необходимом количестве влаги путём биохимического окисления собственного жира. Или изменения в организме животных и человека при недостатке кислорода. Низкое парциальное давление кислорода в условиях высокогорья вызывает состояние гипоксии – кислородного голодания клеток. Срочная реакция организма на гипоксию – это усиление вентиляции лёгких и интенсификация кровообращения, но это не может продолжаться длительное время, так как требует затрат энергии и дополнительного кислородного обеспечения. В связи с этим в разных системах организма происходят перестройки, направленные на ослабление гипоксического стресса и достаточного снабжения тканей кислородом при пониженном его содержании в окружающей среде. В первую очередь, стимулируется кроветворение: в крови повышается количество эритроцитов и в них возрастает относительное содержание особой формы гемоглобина, обладающего повышенным сродством к кислороду. В связи с этим кислородная ёмкость и кислородно-транспортная функция крови значительно возрастают. Затем наступают морфологические изменения в кровеносной системе: расширяются артерии сердца и мозга, в тканях сгущается капиллярная сеть – это всё облегчает доставку кислорода к клеткам. В самих же клетках за счёт увеличения активности окислительных ферментов также повышается сродство к кислороду, одновременно возрастает относительный уровень временного бескислородного обеспечения энергией – анаэробного гликолиза. Все эти процессы акклимации к гипоксии, происходящие на протяжении нескольких часов или дней, способствуют снятию функционального напряжения с дыхательной и кровеносной систем.

В природных условиях значение физиологической адаптации связано с естественными изменениями условий существования, в основном это связано с сезонными перепадами температуры, влажности, наличия в местах обитания корма и т.д. Хорошо всем известно осеннее увеличение теплоизоляции у многих млекопитающих и птиц за счёт линьки, появления зимнего оперения покровов тела (пуха, пера, меха) и накопления подкожного жира. В бескормное время изменяется режим и качество питания, физиологические функции направлены на экономное расходование энергии. Сезонные миграции птиц и рыб подготавливаются комплексом физиологических и морфологических сдвигов, изменениями поведения. Все эти изменения обеспечены специфическими видовыми программами физиологической адаптации. Однако новые физиологические качества организма, приобретаемые во время акклимации, не обладают высокой устойчивостью; при смене сезона и при возвращении в оптимальные условия они утрачиваются и не передаются по наследству. Этим отличается акклимация от видовой генетической адаптации.

В том случае, если у популяции организмов (видов) адаптация достигается благодаря механизму генетической изменчивости и наследственности, то её называют генетической адаптацией. Генетическая адаптация происходит на протяжении ряда поколений и связана с процессом видообразования и возникновения новых жизненных форм организмов.

Адаптационные ритмы жизни. Из-за осевого вращения Земли и движения её вокруг Солнца развитие жизни на планете происходило и происходит в условиях регулярной смены дня и ночи, а также чередования времён года. Подобная ритмичность создаёт, в свою очередь, периодичность, то есть повторяемость условий в жизни большинства видов. При этом вполне закономерно изменяется и действие большого числа экологических факторов: освещённости, температуры, влажности, давления атмосферного воздуха, всех компонентов погоды. Проявляется регулярность в повторении как критических для выживания периодов, так и благоприятных. Суточные ритмы приспосабливают организмы к смене дня и ночи. Так, например, у человека около ста физиологических характеристик подчиняются суточному циклу: кровяное давление, температура тела, частота сокращения сердца, ритм дыхания, выделение гормонов и многие другие.

Годовые ритмы приспосабливают организмы к сезонной смене условий. Благодаря этому самые уязвимые для многих видов процессы размножения и выращивания молодняка приходятся на наиболее благоприятный сезон. Следует особо подчеркнуть, что основным экологическим периодом, на который реагируют организмы в своих годовых циклах, является не случайное изменение погоды, а фотопериод, то есть изменения в соотношении дня и ночи.

Известно, что длина светового дня закономерно изменяется в течение года, и именно это служит весьма точным сигналом приближения весны, лета, осени и зимы. Способность организмов реагировать на изменение длины дня называется фотопериодизмом. Фотопериодизм растений, реакция на соотношение светлого (длина дня) и тёмного (длина ночи) периодов суток, выражающаяся в изменении процессов роста и развития, связана с приспособлением онтогенеза к сезонным изменениям внешних условий. Длина дня служит растениям указателем времени года и внешним сигналом для перехода к цветению или подготовки к неблагоприятному сезону. Одно из основных проявлений фотопериодизма – фотопериодичная реакция зацветания. Органом восприятия фотопериода служит лист, в котором в результате световых и темновых реакций образуется гормональный комплекс, стимулирующий зацветание. По фотопериоду, вызывающему цветение, растения делятся на длиннодневные (зерновые колосовые и др.), короткодневные (рис, просо, конопля, соя и др.) и нейтральные (гречиха, горох и др.). Длиннодневные растения распространены в основном в умеренных и приполярных широтах, короткодневные – ближе к субтропикам. Фотопериодизм существенно влияет на формообразование (клубней, луковиц, кочанов капусты, стеблей) и физиологические (интенсивность и форма роста, наступление периода покоя, листопад и др.) процессы. Виды растений различаются по принадлежности к той или иной фотопериодичной группе, а сорта и линии – по степени выраженности фотопериодичной реакции. Это учитывают при районировании сортов, а также в светокультуре и при выращивании растений в закрытом грунте.

У животных фотопериодизм контролирует сроки брачного периода, плодовитость, осенние и весенние линьки, яйценоскость и т.д., генетически связан с биологическими ритмами. Используя фотопериодичную реакцию, можно управлять развитием сельскохозяйственных животных и их плодовитостью.

Фототропизм (от греч. слова tropos – поворот, направление) это ростовые движения органов растений в ответ на одностороннее направленное действие какого-либо фактора внешней среды. Тропизм – явление раздражимости, вызывающее перераспределение в тканях растения фитогормонов. В результате этого клетки на одной стороне стебля, листа или корня растут быстрее, чем на другой, происходит изгиб органа от раздражителя (положительный тропизм) или от него (отрицательный). Так, проросток изгибается в сторону источника света (фототропизм), корень под действием земного притяжения растёт вертикально вниз (геотропизм), корни растений растут по направлению к более влажной среде (гидротропизм). Под действием прикосновения, трения усики вьющихся растений обвивают опору (гаптотропизм), на плохо аэруемой почве корни некоторых мангровых деревьев растут вверх к источнику кислорода (аэротропизм), пыльцевые трубки растут к семяпочке, выделяющей определённые химические вещества (хемотропизм). Тропизм является приспособительными реакциями, позволяющему растению наиболее полно использовать факторы внешней среды или защищаться от их неблагоприятного влияния.

В процессе эволюции выработались характерные временные циклы с определённой последовательностью и длительностью периодов размножения, роста, подготовки к зиме, то есть биологические ритмы жизнедеятельности организмов в определённых условиях среды. Приливно-отливные ритмы. Виды организмов, обитающие в прибрежной или донной части мелководья (на литорали), в которую свет проникает до дна, находятся в условиях очень сложной периодичности внешней среды. На 24-часовой цикл колебания освещённости и других факторов накладывается ещё чередование приливов и отливов. В течение лунных суток (24 ч 50 мин) наблюдаются 2 прилива и два отлива. Дважды в месяц (новолуние и полнолуние) сила приливов и отливов достигает максимальной величины. Этой сложной ритмике подчинена жизнь организмов прибрежной зоны. Так, например, самки рыбы атерина в самый высокий прилив откладывают икру у кромки воды, закатывая её в песок. При отливе икра остаётся созревать в нём. Выход мальков происходит через полмесяца, совпадает со временем следующего высокого прилива.

Кроме адаптации у растений и животных выработались ответные защитные реакции на определённые изменения окружающей среды и воздействия на них. Например, у растений защита от неблагоприятных факторов среды может обеспечиваться:

• особенностями анатомического строения (образованием кутикулы, корки, утолщением воскового налета или механической ткани и т.д.);
• специальными органами защиты (формирование жгучих волосков, колючек);
• двигательными и физиологическими реакциями;
• выработкой защитных веществ (синтезом смол, фитонцидов, фитоалексинов, токсинов, защитных белков и.т.п.).

Известно, что каждый организм выживает и размножается только в конкретной среде, характеризующейся относительно узким диапазоном температур, количеством осадков, почвенных условий и т.д. Географический ареал любого вида соответствует географическому распределению подходящих для данного организма условий внешней среды (температуры, влажности, освещенности, атмосферного и водного давления).

Поэтому важно располагать информацией о сущности вызываемых явлений, связей и зависимостей, сложившихся между организмами, популяциями, биоценозами и факторами среды их обитания. Их теоретическую основу составляет закон единства организма и среды, согласно которому, по мнению
В.И. Вернадского, жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потоков энергии в совокупном единстве среды и населяющих её организмов.

В процессе сопряжённой эволюции у различных видов растений и животных выработались взаимные приспособления друг другу, то есть коадаптация: они подчас бывают столь прочными, что раздельно жить в современных условиях уже не могут. Именно в этом проявляется единство органического мира. Коадаптация опыляемых насекомыми растений и
насекомых-опылителей есть пример исторически возникших взаимных приспособлений. В частности, следствием совместной эволюции является привязанность различных групп животных к определённым группам растений и местам их произрастания.

При рассмотрении вопросов связи организмов со средой экология должна, прежде всего, учитывать критерии выживания и размножения. Они в основном определяют экологические шансы устойчивости отдельных видов в данной среде или в конкретной экосистеме. В настоящее время сложились следующие определения (понятия) среды (рис.3.1).

Окружающая среда– это пространство, вещество и энергия, окружающие организмы и воздействующие на них как положительно, так и отрицательно.

 

 

Рис.3.1. Классификация понятия «среда» (Н.Ф. Реймерс, 1990 г.)

Природной средой называется совокупность природных абиотических (неживой природы) и биотических (живой природы) факторов по отношению к растительным и животным организмам вне зависимости от контактов с человеком.

Антропогенная среда это природная среда, видоизмененная человеческой деятельностью. Она включает «квазиприродную» среду (окультуренные ландшафты, агроценозы и другие объекты, не способные к самоподдержанию); «артеприродную» среду (искусственные сооружения, здания, асфальтированные дороги в сочетании с природными элементами – почвой, растительностью, воздухом и др.); окружающую человека среду – совокупность абиотических, биотических и социальных факторов в сочетании с «квазиприродной» и «артеприродной» средами. В факториальной экологии выделяют среду обитания и условия существования организмов.

Имеет место и конкретное пространственное понимание среды как непосредственного окружения организма – среда обитания.К ней относят только те элементы среды, с которыми данный организм вступает в прямые и непрямые отношения, то есть это всё то, что его окружает.

Каждый организм реагирует на окружающую среду в соответствии со своей генетической конституцией. Правило соответствияусловий среды генетической предопределённости организма гласит: «До тех пор, пока среда, окружающая определённый вид организмов, соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к её колебаниям и изменениям, этот вид может существовать». Согласно этому правилу тот или иной вид живого возник в определённой среде и в той или иной степени смог приспособиться к ней. Дальнейшее его существование возможно лишь в ней или в близкой среде. Резкое и быстрое изменение условий среды обитания может привести к тому, что генетический аппарат вида не сможет приспособиться к новым условиям жизни. Это в полной мере можно отнести и к человеку. Каждый организм реагирует на окружающую среду в соответствии со своей генетической конституцией.

Экологические факторы и типы реакций организмов на внешние воздействия

По А.С. Мончадскому, экологическим фактором является не только изменяющийся элемент окружающей среды, вызывающий у организмов при своих повторных… По Б.А. Быкову, экологические факторы – это внешние и внутренние силы,… Самая простая форма реакции ─ это изменение положения организма в пространстве по отношению к источнику…

Биогеохимические провинции ─ это области на поверхности Земли, различающиеся по содержанию (в водах и почвах) химических соединений, с которыми связаны биологические реакции аборигенной флоры и фауны.

Биотические факторы представляют собой воздействие живых организмов друг на друга, что является основой существования популяций и биоценозов. В связи с этим в этой группе факторов выделяют:

• Во-первых, генетическую информацию на уровне организмов и популяций;
• Во-вторых, факторы биоценотической сферы, определяющие развитие биоты экосистем. Каждый организм постоянно испытывает на себе прямое или косвенное влияние других организмов, вступая в связь с представителями своего и других видов, эта связь зависит от них самих, но организм и сам оказывает некоторое воздействие на среду, что служит основанием для выделения его как отдельного биотического фактора. Фитогенные факторы воздействуют на растение как прямо, так и косвенно. К прямому воздействию относятся механические контакты, симбиоз, паразитизм и т. д. Например, на некоторых бобовых культурах паразитирует клеверная повилика, а на ризосфере этих же бобовых поселяются азотфиксирующие бактерии (симбиоз). Косвенное влияние выражается в благоприятных и неблагоприятных для данного вида изменениях экологических факторов (свет, тепло, влага, питательные вещества). Зоогенные биотические факторы представляют собой воздействие животных на растение (поедание, вытаптывание и т.д.). Использование насекомых - паразитов против вредителей культурных растений.

Антропогенные факторы отражают влияние хозяйственной деятельности человека на окружающую природную среду. При осуществлении непродуманной хозяйственной деятельности были уничтожены многие виды животного, растительного мира и их биоценозов. Разрушение экосистем связано чаще всего с непосредственным влиянием на них пирогенных воздействий, изменений почвенного покрова и гидрологического режима почвы, загрязнением её различными поллютантами, коренными превращениями экосистем в культурные агроэкосистемы.

Общий характер действия экологических факторов и понятие о лимитирующих условиях окружающей среды

Диапазон действия или зона толерантности (выносливости), экологического фактора ограничен соответствующими крайними пороговыми значениями (точка… Рис.3.2. Общая схема действия экологического фактора на живой организм: 1–…  

Таблица 3.1. Температурный диапазон активной жизни на Земле, 0С

Среда жизни	Максимум	Минимум	Амплитуда
Суша	+ 55,0	– 70,0
Моря	+ 35,6	– 3,3	38,9
Пресные воды	+ 93,0		93,0

 

Температурный оптимум для большинства живых растительных организмов определяется пределом от +20 до +25⁰С, и лишь в сухих и жарких регионах для теплолюбивых он составляет +25 – +28⁰С. При оптимальных температурах у всех организмов физиологические процессы протекают более интенсивно, что способствует увеличению темпов роста и развития. В данном случае к биологическим процессам применимо правило Ванг-Гоффа, которое гласит: скорость химических реакций возрастает в 2 – 3 раза при увеличении температуры на 10⁰С. При температуре выше или ниже оптимальной скорость биохимических реакций в организме снижается или вообще нарушается и как итог – замедление темпов роста или даже гибель организма. Минимальные и максимальные температуры нижнего и верхнего пределов выносливости называются соответственно нижним и верхним порогами развития, или нижним и верхним биологическим нулем, за пределами которого развитие организма не происходит.

Температуры, лежащие выше нижнего порога развития и не выходящие за пределы верхнего, получили название эффективных температур. Сумма эффективных температур (С) определяется по формуле:

С = (t – t₁) ∙ n ,

где t – температура окружающей среды (в данный момент);

t₁ – температура развития организма;

n – продолжительность (длительность) развития в днях, часах.

Температура выше +10С⁰ называется активной температурой. При температуре окружающей среды выше +10С⁰ происходит наибольший прирост биомассы растений и быстрейшее их развитие.

Ценность закона лимитирующих факторов заключается в том, что здесь дается точка отсчёта при проведении исследований, которая может оказаться как критической, так и лимитирующей. Выявление ограничивающих факторов – ключ к управлению жизнедеятельностью организмов.

В природе все живые организмы занимают определенное место обитания и конкурируют между собой за это место. Пространство экологических факторов условно имеет следующие классификационные подразделения: экотоп, биотоп.

Экотоп (косная среда) ─ внешние, не относящиеся к биотической среде условия жизни. Экотопы в наземных биогеоценозах подразделяются на почвенную и надземную (воздушную) среды ─ на эдафон (почвенные условия) и аэротоп (наземно-воздушные условия).

Биотоп ─ однородный в экологическом отношении участок, соответствующий отдельным частям биоценоза или ценоэкосистемы, являющийся местом обитания того или иного вида растений или животных.

Экологическая выносливость вида (организма)показатель характеризующий диапазон адаптированности (приспособленности) вида к разнообразным условиям среды. Относительная степень толерантности выражается рядом терминов, в которых используют приставки стено- узкий и эври– широкий. Так, например, эврибионтные и стенобионтные живые организмы – это организмы соответственно широкой и узкой приспособленности к среде обитания. Примером эврибионтных организмов являются бурый медведь, волк, тростник, которые способны жить в разнообразных условиях среды обитания; стенобионтных – форель, живущая только в чистой проточной воде, глубоководные морские организмы и т.д.

По отношению к конкретным факторам среды виды организмов подразделяются на: эвритермные и стенотермные, первые способны переносить значительные колебания температур (например, песцы в тундре, белый медведь, пингвины и т.д.), вторые, наоборот, требуют строго определённых температур (тепловодные рачки и т.д.).

Эвригидридные и стеногидридныеорганизмы характеризуются противоположной реакцией на колебания влажности среды обитания.

Эвриойкные и стеноойкные, первые способны жить в различных местах обитания, вторые предъявляют жёсткие требования к выбору местообитания.

Пойкилотермные (холодокровные) –организмы с непостоянной температурой тела (рыбы, амфибии, лягушка, некоторые насекомые и др.).

Гомойотермные (теплокровные или эндотермы) –организмы с постоянной температурой тела. Гомойотермия характерна только для представителей двух высших классов – птиц и млекопитающих.

Гетеротермия –частный случай гомойотермии. Относится к организмам, которые при неблагоприятных условиях внешней среды впадают в спячку или оцепенение (или в гипобиоз). В активном состоянии они поддерживают высокую температуру своего тела, а в неактивном пониженную, что сопровождается замедлением обмена веществ (суслики сурки, ежи, медведи, колибри, летучие мыши, сони и др.).

Гидрофильные (гидрофиты) – эти организмы постоянно живут в водной среде (рыбы, киты, акулы, дельфины и т.д.).

Гигрофильные (гигрофиты) – это те организмы, которые обитают в местах, где воздух насыщен водяным паром, близким к полному насыщению (комары).

Мезофильные (мезофиты) – организмы, отличающиеся умеренной потребностью в воде.

Ксерофильные (ксерофиты) – это организмы, живущие в сухих местообитаниях, и у них организм полностью приспособлен к этому. Например, у грызунов, обитающих в пустыне, почки обладают очень высокой концентрирующей способностью и доводят содержание плотных веществ в моче до 25 %. У многих животных, обитающих в аридной (сухой) зоне, анатомические особенности строения дыхательных путей уменьшают респираторные потери влаги из организма.

Эвригалинные -это организмы, обитающие только вблизи устьев рек и лагун, приледниковых зон моря, а также проходным рыбам. Например, лососи, обитающие в открытом океане, проплывают для нереста к верховьям рек с чистой прозрачной и несолёной водой, где сами появились на свет. А Европейский угорь, обитающий в пресных озёрах Балтийского бассейна, созревая, выходит из них, пробираясь подчас по мокрым лугам до речек, проплывая по ним к морю, пересекает Атлантику и нерестится в районе Саргассова моря на глубине 2000 м.

Стеногалинные –гидробионтныеорганизмы приспособлены к узким колебаниям минерализации воды, живущих только в пресноводной воде или в солёных морских экотопах.

Виды, предпочитающие холод, относятся к экологической группекриофилов.Они могут сохранять активность при температуре клеток до минус 8-10⁰С, когда жидкость их тела находится в переохлаждённом состоянии. Криофилия характерна для бактерий, грибов, лишайников и мхов,

Виды, деятельность которых приурочена к области высоких температур, относятся к группе термофилов. В горячих водных источниках Калифорнии при температуре +52⁰С обитает рыбка под названием пятнистый цинпринодон, а в водах Камчатки живут сине-зеленые водоросли при температуре +80⁰С. Верблюжья колючка переносит +70⁰С.

Питание как экологический фактор. Питанием называется процесс потребления энергии и вещества. Известны два способа питания: голофитный– без захвата пищи (посредством всасывания растворённых пищевых веществ через поверхностные структуры организма) и голозойный– посредством захвата частиц пищи внутрь тела. Пищевые вещества, попавшие в организм, вовлекаются в процессы метаболизма. Метаболизм представляет собой совокупность взаимосвязанных и сбалансированных процессов, включающих разнообразные химические превращения веществ в организме. Реакции синтеза сложных веществ, осуществляющиеся с потреблением энергии, составляют основу анаболизма,илиассимиляции.

Экологические валентности вида по отношению к разным факторам среды могут быть весьма разнообразными, что создаёт чрезвычайное многообразие адаптаций в природе. Совокупность экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида.

Фитоценоз и экологическая ниша

1) борьба за существование; 2) угнетенность большинства его членов; 3) наличие во многих случаях благоприятного влияния одних растений на другие;

Эуксерофиты и стинаксерофиты.

Гемсофиты (светолюбивые, гелиофиты) – светолюбивые растения, растения, произрастающие на открытом пространстве, хорошо освещаемых местообитаниях. … Сциофиты(тенелюбивые) – растения нижних ярусов тенистых лесов, пещер и… Теневыносливые (факультативные гемсофиты) – могут переносить более или менее затенение, но хорошо растут и на свету;…

Биоценоз, его свойства и связи в нём

Биоценоз можно понимать еще как взаимосвязанную совокупность организмов — продуцентов и консументов, населяющих более или менее однородный участок суши или акватории.

По Г.Н. Высоцкому, биоценоз – это и совокупность фитоценоза и зооценоза, и совокупность физико-географических элементов биогеоценоза, составляющих среду обитания, названный им экотопом. Экотоп, в свою очередь, состоит из эдафотопа (участок педасферы с частью литосферы и гидросферы, входящий в состав биогеоценоза) и климатопа (элементы климата, свойственные биогеоценозу).

Пищевые цепи, сети и трофические уровни

Перенос энергии пищи от её источника – автотрофов (растений) – через ряд организмов, происходящий путём поедания одних организмов другими,… Пищевые цепи не изолированы друг от друга, а тесно переплетаются, образуя так… Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем, он характеризуется различной интенсивностью…

Отношения организмов в биоценозах

Прямые и косвенные межвидовые отношения по значению жизненного пространства организмов, которые имеют виды для занятия в биогеоценозе определенного… Трофические связи наблюдаются тогда, когда один вид питается другим видом либо… Топические связи характеризуют любое физическое или химическое изменение условий обитания одного вида в результате…

Биогеоценоз и взаимоотношения в нём

  Биогеоценоз

Экосистемы и их основные свойства

Следовательно, экосистема ─ это исторически сложившиеся в биосфере и на той именно территории или акватории открытые, но целостные и устойчивые системы живых (автотрофных продуцентов и гетеротрофов ─ консументов и редуцентов) и неживых (абиотической среды) компонентов.

По К. Вилли, под термином «экосистема» экологи понимают естественную единицу, представляющую совокупность живых и неживых элементов: в результате взаимодействия этих элементов создаётся стабильная система, где имеет место круговорот веществ между живыми и неживыми частями.

В данных определениях экосистема характеризуется потоками энергии и возможностью её накопления, внутренними и внешними круговоротами веществ, которые обладают способностью к регулированию всех процессов в ней (рис.3.7). Экологическая система считается основной (главной) функциональной единицей в экологии, так как в неё входят живые организмы и неживая среда, элементы, взаимовлияющие друг на друга и обеспечивающие необходимые условия для поддержания жизни в той форме, которая существует на нашей планете.

 

 

 

Плотояд- ные

Траво- ядные

Проду- центы

Солнце

 

 

 

Дыхание, СО₂

Рис.3.7. Схема главных составных частей экосистемы
(по Е.А. Крикуновскому, 1995 г.)

 

Экосистема как природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, связанные между собой обменом веществом и энергией, является одним из главных понятий в экологии.

Экосистемы различают по следующим рангам:

─ микросистемы (например, небольшой водоем, лужа, трухлявый пень в лесу и т.д.);

─ мезоэкосистемы (лес, река, пруд и т.д.);

─ макроэкосистемы (океан, континент, аэротоп);

─ глобальная экосистема (биосфера в целом).

Из данной иерархичности следует, что крупные экосистемы включают в себя экосистемы более низшего ранга.

Биоценоз и биотоп воздействуют друг на друга, что проявляется в основном в непрерывном обмене веществом и энергией как между двумя составляющими, так и внутри каждой из них. Экосистема же включает в себя сообщества (фитоценозы, зооценозы, микробиоценозы, микоценозы), объединенные пищевыми и хорологическими (пространственными) связями, а также такие факторы среды, как экотоп, климатоп и эдафотоп. Естественные экологические системы – это открытые системы, в которых рассматривают среду на входе и выходе (рис.3.8).

Постоянное существование организмов в любом ограниченном пространстве возможно лишь в экосистемах, внутри которых отходы жизнедеятельности одних видов организмов утилизируются другими видами. Следовательно, всякая экосистема, способная к длительному существованию, должна включать в себя автотрофы, гетеротрофы и редуценты (сапрофиты), питающиеся отмершим веществом, но даже такая экосистема не застрахована от гибели. Устойчивость экосистем определяется соответствием видового состава к условиям жизни и степенью развитости этих систем.

 

Среда

Среда

 

 

		Система в своих границах

Переработанная

Энергия и вещество

Миграция организмов

 

 

На входе JF + S + OE = Экосистема

На выходе

 

Вещество и организм

 

Рис.3.8. Функционирование экосистемы (по Одуму, 1986 г.)

 

 

Возможные изменения среды сильно колеблются и зависят от многих переменных размеров системы (чем система больше, тем меньше она зависит от внешних воздействий); интенсивности потоков веществ и энергии (чем он интенсивнее, тем больше их отток и приток); сбалансированности автотрофных и гетеротрофных процессов (чем больше нарушено это равновесие, тем сильнее должен быть внешний приток веществ и энергии для её восстановления); стадии и степени развития экосистемы. По своей сути экологическая система представляет собой комплекс, в котором между абиотическими и биотическими элементами происходит постоянный обмен веществом, энергией и информацией.

Оценка качества экосистем.Экологическиезакономерности и основные понятия экологии способствуют определению качественного и количественного состояния экосистемы.

Под количественным состоянием экосистемы понимается её продуктивность, под качественным ─ устойчивость по отношению к неблагоприятным факторам воздействия. Эти же закономерности способствуют определению качественного и количественного состояния биоценозов той или иной экосистемы.

Согласно первой закономерности экосистема должна соответствовать особенностям среды, второй – биоценоз по возможности должен быть относительно дешёвым, третьей и четвертой – экосистема должна обеспечивать максимальную утилизацию и устойчивость. Например, если мы создаем в экосистеме промышленное производство, то мы должны делать оборотную систему водоснабжения; остаточные отходы производства – утилизировать и перерабатывать; остаточное же тепло – использовать для других технологических процессов, на обогрев теплиц и т.д. Академик С. Шварц предложил оценивать качество экосистем по пяти признакам: по биомассе, продуктивности, помехоустойчивости, скорости обмена и резервированию.

Биомасса всех основных составляющих должна быть высокой и соотнесенной с остальными компонентами экосистемы. Если взять агроэкосистему, то её особенностью является преобладание фитомассы над зоомассой, которое выражено в резкой форме, она обеспечивает продуцирование кислорода, производство продуктов животного и растительного происхождения.

Продуктивность экосистемы – это выход продукции с единицы площади, объема (биогеоценоза и экосистемы), когда достигается её максимум, она должна удовлетворять все потребности и сохранять экосистему в устойчивом состоянии. Как негативный пример можно привести бесконтрольную вырубку лесов, вследствие этого снижается биомасса лесных массивов и это может привести к уничтожению экосистемы в течение нескольких лет.

Помехоустойчивость – это устойчивость экосистемы к загрязнению до определенного предела, которое не выводит её из строя. В настоящее время большое количество экосистем крайне не устойчивы, в них можно видеть лишь две условно положительные стороны: они давали и дают нам возможность наращивать материальные блага и они же вызвали «экологический кризис». Устойчивость экосистемы подразделяют на резистентную устойчивость и упругую. Резистентная устойчивость (сопротивляемость) – это свойство (способность) экосистемы сопротивляться нарушениям, поддерживая свою структуру и функцию. Упругая устойчивость – способность системы быстро восстанавливаться после нарушения структуры и функции.

Скорость обмена веществом и энергией протекает в экосистеме с такой интенсивностью, что при большом загрязнении обеспечивается быстрая её биологическая очистка. Но скорость – очистки не самоцель! Например, избыточное хлорирование воды ускоряет процесс её обеззараживания, но соединения хлора в воде могут дать диоксины – супертоксиканты, опасные для живых организмов, в том числе и самого человека. Хлор разрушает зубную эмаль, а это приводит к кариесу зубов. Приём озонирования воды дороже, но относительно безопаснее для экосистемы и человека.

Резервирование – это способность экосистемы к быстрой перестройке и приспособлению к изменившимся условиям без потерь других положительных свойств. Человек должен стремиться создавать хорошие экосистемы повсюду, где требуется и где это возможно. Он должен не ухудшать, а улучшать окружающую природную среду: путем ликвидации очагов особо опасных заболеваний, резко сокращать площади размножения саранчи, остановить движение песков и т.д. Здесь уместно сослаться на принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем экологическую систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие всегда смещается в том направлении, при котором эффект воздействия ослабляется.

Пространственная структура экосистем вызвана тем, что автотрофные и гетеротрофные процессы обычно разделены в пространстве. Первые активно протекают в верхних слоях, где доступен солнечный свет, а вторые интенсивнее в нижних слоях (почвах и донных отложениях). Кроме того, они разделены и во времени, поскольку существует временной разрыв между образованием органических веществ растениями и минерализацией их консументами.

С точки зрения пространственной структуры в природных экосистемах можно выделить следующие ярусы:

- верхний, автотрофный ярус или зелёный пояс Земли, который включает растения или их части, содержащие хлорофилл: здесь происходит фиксация солнечной энергии, использование неорганических соединений и накопление энергии в сложных синтезируемых растениями веществах;

- нижний, гетеротрофный ярус или «коричневый пояс» Земли, представлен почвами, донными осадками, в которых преобладают процессы разложения мёртвых органических остатков растений и животных.

Экосистемы представляют собой открытые неравновесные термодинамические системы, постоянно обменивающиеся с окружающей средой энергией и веществом, уменьшая тем самым энтропию внутри себя, но увеличивая её внешне, в соответствии с законами термодинамики. Способность живых организмов снижать неупорядоченность внутри себя интерпретируется как способность накапливать отрицательную энтропию – негэнтропию.

Энергия в экосистемах. Энергия  это одна из основных свойств материи, которая способна производить работу, а в широком понимании энергия сила. Она  источник жизни, основа и средство управления всеми природными системами, движущая сила мироздания. Фундаментальные законы термодинамики имеют универсальное значение в природе, а понимание этих законов важно для обеспечения эффективного подхода к проблемам природопользования.

Эксергия – это максимальная работа, которую совершает термодинамическая система при переходе из данного состояния в состояние физического равновесия с окружающей средой.

Эксергией называют полезную работу участвующей в каком-то процессе энергии, величина которой определяется степенью отличия какого-то параметра системы от его значения в окружающей среде.

Первый закон термодинамики – закон сохранения энергии – гласит: энергия не создаётся и не исчезает, а превращается из одной формы в другую. На земле энергия Солнца превращается при помощи фотосинтеза в энергию пищи. Экология рассматривает здесь только существующую связь между солнечным светом и экологическими системами, в которых происходит превращение энергии Солнца в энергию органического вещества.

Согласно второму закону термодинамики любой вид энергии в конечном счёте переходит в форму, наименее пригодную для использования и наиболее рассеивающуюся – энтропию, которая становится недоступной для использования. Для всех энергетических процессов характерен процесс перехода от более высокого уровня организации (порядка) к более низкому (беспорядку). Тенденция энергии к деградации выражается термином «возрастание энтропии». Энтропия же является мерой беспорядка. Энергия пищи, поглощенная животными, частично идёт на протекание биохимических процессов в организме, а частично переводится в теплоту для обогрева тела.

Живая материя отличается от неживой способностью аккумулировать из окружающего пространства свободную энергию и преобразовывать её так, чтобы противостоять энтропии. В природе показателем качества энергии солнечного света считается образование более высококачественной формы энергии (табл.3.2).

 

Таблица 3.2. Качественное состояние получаемой энергии, ккал

Источник энергии	Затраты энергии для получения более качественной энергии
Солнечная радиация
Биомасса растений
Древесина Уголь Электроэнергия	1.0 0.2 кВтּч

 

Так, от 2000 ккал солнечной энергии, поступающей на листовую поверхность растений, получается 200 ккал пищевой энергии, а энергия, заключенная в древесине, составляет всего 20, в угле – 1,0 ккал. При переводе угольной энергии в электрическую энергию получается всего лишь только 0,2 кВт·ч.

Чтобы солнечная энергия выполняла ту же работу, которую может выполнять электрическая энергия, её качество необходимо повысить в 10 тыс. раз. На каждом новом уровне 90 % потенциальной энергии рассеивается, переходя в тепло. Человеку для физиологического функционирования в год требуется около 1 млн ккал энергии пищи. Человечество производит всего примерно 8∙10¹⁵ ккал энергии (при населении 6,7 млрд человек), но эта энергия распределена по территории планеты крайне неравномерно. Например, в городе потребление энергии на человека достигает 80 млн ккал в год, это количество энергии распределяется на все виды деятельности (транспорт, домашнее хозяйство, промышленность), т.е. человек расходует в 80 раз больше энергии, чем необходимо для функционирования организма.

В настоящее время человечество находится в стадии энергетического кризиса и характер будущей цивилизации, его качество и состав лимитируются, в первую очередь, энергетическими затратами. Выход для человеческого общества из данного кризисного состояния ─ использование альтернативной энергии и крупномасштабное энергосбережение.

Закон максимилизации энергии (Г.Одум–Ю.Одум): в соперничесве с другими экосистемами выживает (сохраняется) та из них, которая наилучшим образом способствует поступлению энергии и использует максимальное её количество наиболее эффективным способом.

Морские экосистемы.Глубина океана достаточна большая, местами доходит до 11,5 км. В отличие от суши и пресных вод, морская экосистема непрерывна. Жизнь в океане существует во всех его уголках, но наиболее богата вблизи материков и островов. В океане практически отсутствуют абиотические зоны несмотря на то, что барьерами для передвижения животных являются температура, солёность и глубина.

Благодаря постоянно действующим ветрам-пассатам,в океанах и морях происходит постоянная циркуляция воды за счёт мощных течений (Гольфстрим – теплое, Калифорнийское – холодное и др.), что исключает дефицит кислорода в глубинах океана.

Наиболее продуктивны в Мировом океане места апвелинга. Апвелинг – процесс подъёма холодных вод с глубины океана, где ветры постоянно перемешивают тёплую воду у крутого материкового склона, взамен которой из глубины поднимается холодная вода, обогащённая биогенами. Там, где нет этого водообмена, биогенные элементы из погрузившихся органических остатков на длительное время остаются в донных отложениях. Высокопродуктивны и богаты они биогенами, за счёт привноса их с суши, воды эстуариев (дельт).
Ю. Одум называет это явление аутвелингом.

В прибрежной зоне весьма велика роль приливов и отливов, вызванных притяжением Луны и Солнца. Они обеспечивают заметную периодичность в жизни сообществ (биологические часы). Для морских водоёмов характерна устойчивая щелочная среда: рН = 8,2, но соотношение солей и солёность изменяются. В воде солоноватых устьев рек прибрежной зоны солёность значительно колеблется по сезонам года. Поэтому организмы в прибрежной зоне эвригалинны, в то время как в открытом океане стеногалинны.

Биогенные элементы – важный лимитирующий фактор в морской среде, где их содержится несколько частей на миллион частей воды. К тому же время пребывания их в воде вне организмов намного короче, чем натрия и магния и других элементов. Биогенные элементы, растворённые в воде быстро перехватываются организмами и попадают в их трофические цепи, они практически не попадают в гетеротрофную зону (не проходят биологический круговорот). Поэтому низкая концентрация биогенных элементов в морской воде не говорит об их всеобщем дефиците.

Главным фактором, который дифференцирует морскую биоту, является глубина воды в морях и океанах. В целом толщу морской воды в разрезе подразделяют на следующие зоны: эвфотическаязона – самая верхняя часть океана, куда проникает свет и где создаётся первичная продукция. Её мощность доходит в открытом океане до 200 м, а в прибрежной части – не более 30 м. Это сравнительно тонкая плёнка, которая отделяется компенсационной (до 1,0 – 1,5 км) зоной от значительно большей водной толщи, вплоть до самого дна –афотической зоны.

Так же как и в пресноводных лентических (текучих) экосистемах, всё население океана делится на планктон, нектон и бентос. Планктон и нектон, то есть всё, что живёт в открытых водах океана, образует так называемую пелагическую зону.

Биотическое сообщество каждой из перечисленных выше зон, кроме эвфотической, разделяется на бентосные и пелагические зоны. В них к первичным консументам относят зоопланктон, насекомых в море экологически заменяют ракообразные. Подавляющее число крупных животных – хищники. Их мало в пресноводных системах. Многие из них напоминают растения и отсюда их названия, например, морские лилии. Здесь широко развиты мутуализм и комменсализм. Все животные бентоса в своём жизненном цикле проходят пелагическую стадию в виде личинок.

Характеристика морских экосистем.Область континентального шельфа, неретическая область, ограничена глубиной 200 м, которая составляет около 8 % площади океана
(29 млн км²). Прибрежная зона благоприятна по условиям питания, даже в дождевых тропических лесах нет такого разнообразия жизни как здесь. Очень богат кормом планктон за счёт личинок бентосной фауны. Личинки, которые остаются несъеденными, оседают на субстрат и образуют либо эпифауну (прикреплённую), либо инфауну (закапывающуюся).

Области апвелинга расположены вдоль западных пустынных берегов континентов. Они богаты рыбой и птицами, живущими на островах. Но при изменении направления ветра происходит цветение планктона и наблюдается массовая гибель рыб вследствие эвтрофикации.

Лиманы –это полузамкнутые прибрежные водоёмы, представляют собой экотопы между пресноводными и морскими экосистемами. Лиманы обычно входят в материковую (прибрежную) зону, подвержены приливам и отливам. Лиманы высокопродуктивны и являются ловушками биогенных веществ. Служат они местом откорма молоди и богаты целым комплексом морепродуктов (рыба, крабы, креветки, устрицы и т.д.). Попадая в сферу хозяйственной деятельности, теряют значительно свою продуктивность вследствие загрязнения водной среды.

Океанические области,эвфотическая зона открытого океана, бедна биогенными элементами. В известной мере эти воды по продуктивности можно приравнивать к наземным пустыням. Арктические и антарктические зоны намного продуктивнее, так как плотность планктона растёт при переходе от тёплых морей к холодным, и фауна рыб и китообразных значительно богаче.

Фитопланктон является первичным источником энергии в пищевых цепях пелагической области – продуцентом. Крупные рыбы и животные здесь являются преимущественно вторичными консументами, питающимися зоопланктоном. Продуцентом для зоопланктона являются как фитопланктон, так и планктоновые личинки моллюсков, морских лилий и т.д.

Видовое разнообразие фауны снижается с глубиной и тем не менее разнообразие рыб в зоне велико, несмотря на то, что практически лишена продуцентов. Разнообразие связано со стабильностью условий в абиссальной зоне (на глубине от 2000 до 5000 м) в течение длительного геологического времени, что замедлило эволюцию и сохранило многие виды из далёких геологических эпох.

Океан является колыбелью жизни на планете и ещё множество загадок хранят его водные толщи и океаническое ложе. Появление жизни в океане положило начало формированию биосферы. И сейчас, занимая более ²/₃ поверхности суши, он определяет во многом, в сочетании с материковыми экосистемами, целостность современной биосферы Земли.

Саморегуляция и устойчивость экосистем

Закон экологической корреляции: в экосистеме, как и в любом другом целостном природно-системном образовании, особенно в биотическом сообществе, все… Климаксовые сообщества характеризуются устойчивым динамическим равновесием…

Сукцессии, их происхождение и прогнозирование. Синузия

В природе различают первичные и вторичные сукцессии. Первичной сукцессией называется процесс развития и смена биоценозов на… Вторичная сукцессия происходит на месте сформировавшегося ранее биоценоза после его нарушения по какой-либо причине…

Агроэкосистема и её регулирование

Фитоценоз агроэкосистемы отличается от фитоценоза естественной экосистемы следующими функциональными особенностями: получением наряду с… Устойчивость экосистем определяется соответствием их видового состава условиям… С.С. Шварц писал, что человек создаёт продуктивные системы, а природа стремится создать стабильные системы, их…

Популяция и её свойства

Во всех случаях в популяциях действуют законы, которые позволяют использовать ограниченные ресурсы природной среды таким образом, чтобы обеспечить… Популяции многих видов обладают свойствами, позволяющими им регулировать свою… Плотность популяцииопределяется количеством особей, приходящихся на единицу площади или объема (км2, га, м3). Важно…

Биомы

Наземные экосистемы, относящиеся к одной природно-климатической зоне, которые имеют общую структуру доминирующей растительности и поэтому могут рассматриваться как один большой биогеоценоз – биом или формация.

Биом – это макросистема, совокупность экосистем, тесно связанных климатическими условиями, потоками энергии, круговоротом веществ, миграцией организмов и типом растительности.

Биомы являются основными объектами экологической географии. Они различаются по климату, по многим особенностям флоры и фауны, по биологическому разнообразию, но в пределах каждого биома можно встретить множество схожих по приспособлению форм животных и растений, хотя происхождение их различно.

Биомы можно подразделить на три основные группы, приуроченные к наземным, морским и пресноводным местообитаниям. Важными факторами являются: циркуляция воздуха, распределение солнечного света, сезонность климата, высота и ориентация гор, гидродинамика водных систем. Наземные формации в основном определяются растительностью, так как растения теснейшим образом зависят от климата и именно они формируют основную часть биомассы.

По Ю. Одуму (1986 г.), биом – крупная региональная и субконтинентальная экосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта.

Ю.Одум предложил следующую классификацию природных экосистем биосферы (мировое распределение биомов):

I. Наземные биомы.

Тундра: арктическая, альпийская. Бореальные хвойные леса. Листопадающий лес умеренной зоны. Степь умеренной зоны. Тропические степи и саванны. Чиппораль – районы с дождливой зимой и засушливым летом. Пустыня: травянистая и кустарниковая. Вечнозелёный тропический лес: выраженный влажный и сухой по сезонам.Вечнозелёный дождевой тропический лес.

II. Типы пресноводны экосистем.

Лентичные (спокойные, стоячие): озёра, пруды и т.д. Лотические (омывающий): реки, речки, родники. Заболоченные угодья: болота, болотистые леса.

III. Типы морских экосистем.

Морские биомы в меньшей степени зависят от климата, чем наземные. Они формируются в зависимости от глубины водоёма и вертикального размещения организмов. Важнейшее значение имеет то, что фотосинтез возможен лишь в поверхностных горизонтах воды.

Морские биомы располагаются следующим образом. Прибрежное океаническое мелководье, ограниченное с одной стороны берегом, а с другой – гребнем континентального склона (до 600 м), называется континентальным шельфом. Площадь шельфа составляет около 8 % от общей площади Мирового океана. В области шельфа расположена литоральная зона (прибрежная), которая, в свою очередь, подразделяется на супралитораль, собственно литораль и сублитораль. Небольшие глубины (до 500 м), близость к материкам, приливы и отливы определяют её богатство питательными веществами, высокую продуктивность и разнообразие организмов. Здесь производится около 80 % всей биомассы океана и сконцентрирован Мировой океанический промысел. От нижнего края шельфа над континентальным склоном до глубины 2 – 3 тыс. м простирается батиальная зона (глубокая).Площадь этой зоны чуть более 15 % от всей площади океана. По сравнению с литоралью фауна и флора заметно беднее: общая биомасса не превышает 10 % биомассы Мирового океана. От подножия континентального склона до глубины 6 – 7 тыс. м находится абиссальная зона (зона бездны) океана. Она занимает площадь 75 % дна океана. Содержание биомассы 0,5 – 7 % г/м³, отличается низким видовым разнообразием. В абиссальной части встречаются впадины до 11 км, площадь которых около 2 % от общей площади дна.

Водные организмы с экологических позиций можно классифицировать и по месту обитания в водоёме таким образом.

Бентос – организмы, прикреплённые ко дну, живущие в илистых осадках и просто покоящиеся на дне.

Перифитон – животные и растения, прикреплённые к листьям и стеблям водных растений или к другим выступам над дном водоёма.

Планктон– организмы плавающие, зоопланктон даже активно может перемещаться сам, но в целом они перемещаются с помощью течения воды.

Нектон – свободно перемещающиеся в воде организмы – рыбы, амфибии и др.

Ареал вида(по Н.Ф. Реймерсу, 1990 г.) – это область географического распространения (территория или акватория) особей рассматриваемого вида вне зависимости от степени постоянства их обитания в данной местности, но исключая их места случайного попадания (заноса, залёта, захода, заплыва и т.д.) в соседние регионы.

Круговорот веществ и энергии в эко - и агроэкосистемах

Рост и развитие растений начинается только после формирования оптико-фотосинтетической системы листа и при осуществлении реакции фотосинтеза. Это…

Фотосинтез ─ это процесс синтеза первичными продуцентами органического вещества, в котором происходит трансформация двуокиси углерода в воду и окисления воды до молекулярного кислорода с помощью лучистой энергии Солнца.

Ежегодно в процессе фотосинтеза усваивается примерно
300 млрд т двуокиси углерода (100 млрд т углерода), с растительным опадом и корнями растений консервируется в почве около 10 млрд т и при этом выделяется в атмосферу около
145 млрд т кислорода. Ежегодный расход кислорода в настоящее время по некоторым оценкам составляет 2,16∙10¹⁰ т/год, а общий приход соответствует примерно 1,55∙10⁹ т/год. Общее же количество накопленного кислорода в атмосфере составляет приблизительно 1,18∙10¹⁵ т. По разнице прихода и расхода видно, что в атмосфере происходит постепенное снижение содержания кислорода.

Существуют и другие оценки, согласно которым растения ежегодно накапливают 1842∙10¹⁵ кДж энергии. За этот же период растения выделяют в атмосферу примерно 123 млрд т кислорода и поглощают около 170 млрд т диоксида углерода.

Основную реакцию фотосинтеза можно представить в следующем виде:

Хлорофилл

6CO₂ + 8 H₂O + CP С₆Н₁₂О₆ + 5O₂ + 2H₂O.

 

Наивысшая продуктивность экосистем (как и агроэкосистем), то есть максимальное формирование биомассы в виде различных вегетативных и репродуктивных органов растений, определяется адаптацией оптического аппарата листа к солнечной радиации. Одним из признаков адаптации является максимальное аккумулирование энергии, т.е. интенсивный рост фитомассы растений за единицу времени.

Растения благодаря солнечной энергии формируют около 95 – 97 % органического вещества, представленного растительной биомассой. Остальная часть приходится на другие фотосинтезирующие микро- и макроорганизмы. Но часть накопленной энергии Солнца в биомассе расходуется на процесс дыхания самого организма в тот период, когда не протекает процесс синтеза органического вещества (рис.3.12).

 

 

Лучистая энергия Равновесие: атмосфера-вода

 

 

 

Рис.3.12. Схема стадий круговорота углерода (по Дажо, 1975 г.)

 

Внутри экосистемы вещества, содержащие энергию, создаются автотрофными растениями, а сама фитомасса служит пищей для многих травоядных и гетероторофных организмов. Известно, что пищевая цепь – это механизмы передачи энергии от одного организма к другому. Типичный этому пример: растительноядное животное поедает растения, а это травоядное животное, в свою очередь, может стать пищей для других животных ─ хищников. Таким путем происходит перенос энергии через ряд организмов, где каждый последующий питается предыдущим, поставляющим сырье и энергию. На основе этой передачи энергии строятся экологические пирамиды.

Экологическая пирамида.Внутри каждой экосистемы трофические сети характеризуются природой и количеством представленных на каждом уровне различных пищевых цепей, имеющих хорошо выраженную структуру. Экологическая пирамида выражает трофическую структуру экосистемы в геометрической форме. Она строится в виде прямоугольника одинаковой ширины, но длина прямоугольника должна быть пропорциональна значению измеряемого объекта.

Отсюда можно получить пирамиду численности, биомассы и энергии. Экологическая пирамида отражает характеристику любого биоценоза, когда она показывает структуру пищевой цепи:

· высота должна быть пропорциональна длине рассматриваемой пищевой цепи, то есть числу содержащихся в ней трофических уровней;

· форма – более или менее точно отражать эффективность превращений энергии при переходе с одного трофического уровня на другой (рис.3.13).

Пирамида численности.В тех трофических цепях, где передача происходит в основном через связи «хищник - жертва», справедливо правило пирамиды чисел: общее число особей, которые участвуют в цепях питания, с каждым последующим звеном уменьшается.

Экспериментально установлено основное правило: «В любой среде растений всегда больше, чем травоядных животных; травоядных животных больше, чем плотоядных; насекомых всегда больше, чем птиц и т.д.»

Пирамида численности представляет собой наиболее простое изучение трофической структуры экосистемы. При её построении проводится подсчёт численности организмов, сгруппированных по трофическим уровням на данной территории, и они могут быть представлены в виде прямоугольника, длина (или площадь) которого пропорциональна числу организмов, обитающих на данной местности.

В природе для всякого хищника существует нижний и верхний пределы размеров их жертв. Верхний предел определяется тем, что хищник не в состоянии одолеть животное, которое превышает его по размерам. Нижний предел определяется тем, что при слишком малом размере добычи охота за ней теряет для хищника какой-либо смысл.

Пирамида численности отражает плотность организмов на каждом трофическом уровне. При построении различных пирамид численности отмечается довольно большое их разнообразие. Нередко они имеют перевёрнутую форму, что можно наблюдать при создании пирамиды численности лесного биоценоза; там всегда больше насекомых, чем деревьев.

Пирамида биомассы. Пирамида биомассы отражает наиболее полно пищевые взаимоотношения в экосистеме, учитывая суммарную биомассу организмов каждого трофического уровня. Прямоугольники в пирамиде биомассы отображают массу организмов каждого трофического уровня, отнесённую к единице площади или объёма. Форма пирамиды биомассы нередко бывает схожей с пирамидой численности. Характерной её чертой является уменьшение биомассы на каждом последующем трофическом уровне. Пирамида биомассы по своей форме может быть не только прямой, но и часто обратно перевернутой, как пирамида численности. Перевернутая пирамида биомассы свойственна в некоторые отрезки времени водным экосистемам, в которых первичные продуценты, например фитопланктонные водоросли, несмотря на очень быстрое размножение по массе уступают их консументам (зоопланктонные ракообразные), которые гораздо крупнее, и размножаются они в более длительный период (рис.3.13)

Мальчик

4,5

(а)

 

Телята 4,5

	Люцерна 2 * 10 7

 

 

^{1 10 100}

		Мальчик 48 кг

Масштаб

Телята 1035 кг

(б)

	Люцерна 8211 кг

 

^{1 10 100}

		Ткани человека 34,75кДж

Масштаб

	Телята 4,982 * 10 4 кДж

(в)

	Люцерна 6,24 * 10 4 кДж

 

 

^{1 10 100}

Масштаб

 

Рис.3.13. Пирамиды чисел (а), биомасс (б), энергии (в), представляющие упрощенную экосистему: люцерна–телята–мальчик 12 лет (Одум, 1986)

Пирамида энергии. Рассматривая поток энергии в экосистемах, легко понять, почему с повышением трофического уровня биомасса снижается. Здесь проявляется третий основной принцип функционирования экосистем: чем больше биомасса популяции, тем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень, или иначе: на конце длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.

Наиболее наглядным способом отображения связей между различными организмами на разных пищевых уровнях считается пирамида энергии. Она иллюстрирует эффективность преобразования энергии и продуктивность пищевых цепей и строится подсчётом количества энергии (Дж, ккал), аккумулированной единицей поверхности за единицу времени и используемой организмами на каждом трофическом уровне. Следовательно, здесь можно легко определить количество энергии, накопленной в биомассе, но сложнее оценить её общее количество, поглощенной на каждом трофическом уровне. Что же происходит с энергией при передаче через пищевую цепь? Установлено, что солнечная энергия, поступающая к растению, только частично используется для процесса фотосинтеза. Фиксированная в углеводах энергия представляет собой валовую продукцию экосистемы (П_в). Углеводы идут на построение клеточной протоплазмы растений и их рост. Часть этой энергии затрачивается на дыхание (Д₁). Чистая продукция (П_ч) в данном случае определяется по формуле

П_ч = П_в – Д₁.

Следовательно, поток энергии, проходящий через биомассу продуцентов, или валовую продукцию, можно представить в виде

П_в = П_ч + Д₁.

Определённое количество созданных продуцентами веществ служат питанием для фитофагов. Остальная часть отмирает и перерабатывается редуцентами. Ассимилированный фитофагами корм (А₂) лишь частично используется для образования их биомассы (П₂). В основном он затрачивается на обеспечение энергией процессов дыхания (Д₂) и протекания биохимических процессов, и в определенной степени выводится из организма в виде выделений и экскрементов. Поток энергии, проходящий через второй трофический уровень, выражается формулой

А₂ = П₂ + Д₂.

Консументы второго порядка (хищники) потребляют не всю биомассу своих жертв, но и то её количество, которое они поедают, также частично используется на создание собственной биомассы. Остальная её часть затрачивается на энергию дыхания и выделяется с экскретами и экскрементами. Поток энергии, прошедший через трофический уровень консументов второго порядка (плотоядные), рассчитывается по следующей формуле:

А₃ = П₃ + Д_3.

Р. Линдеман в 1942 г. сформулировал закон пирамиды энергий, который называют законом 10 %. Согласно данному закону с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой уровень переходит в среднем не более 10 % энергии (у свиней до 20 %, у деструкторов до 40 %).

Поток энергии, выраженный количеством ассимилированного вещества по цепи питания, на каждом трофическом уровне заметно уменьшается и протекает по следующей схеме:

100 %П₁ ^{10 %} П₂ ^{1,0 %} П₃ ^{0,1 %} П₄ .

Устойчивость современных косистем к техногенезу

Мы не унаследовали Землю наших отцов, взяли её в долг у наших детей и должны её сохранить и приумножить, и это – наш долг перед ними.

Из материалов ООН

 

Таблица 3.4. Масса загрязняющих веществ, образующихся в процессе хозяйственной деятельности на душу населения и 1 км2 территории

Единица измерения	Атмосферы	Сточных вод	Воды	Твердых отходов
Всего	Вредные	Всего	Вредные	Всего	Вредные
т/год на 1 чел. т/год на км2		0,24   1,60		0,30   2,50		17,7   230,0

 

Таблица 3.5. Количество некоторых опасных загрязняющих веществ, приходящихся на 1 чел. РФ в 1989 г. [Лосев К.С. и др.(108)]

Атмосфера	Вода
Оксид углерода	Углево- дороды	Свинец	Ртуть	Бенз(а) пирен	Фториды	Фенол	ТМ
60 кг	40 кг	23 г	170 мг	100 мг	90 г	30 г	14 г

На долю аграрного сектора в 90-е годы прошлого столетия приходилось более 39 % отходов различного свойства. Это необходимо учитывать при разработке природоохранных мероприятий, поскольку данные процессы часто объясняются энергетическими, промышленными и транспортными воздействиями. Из-за структурной специфики сельскохозяйственных отходов и их своеобразия, а также последующих трансформационных процессов осуществляется их постоянное взаимодействие с природными компонентами (почвой, водой, атмосферой и т.д.).

Материалы табл. 3.4, 3.5 дают нам наглядное представление о присут-ствии загрязняющих веществ в эко- и агроэкосистемах. Только на одной трети площади суши не проявляется антропогенная деятельность. По странам континентов загрязнение ориентировочно составляет, %: в Северной Америке – 37,5; странах СНГ – 33,6: Австралии и Океании – 27,8; Африке – 27,5; Южной Америке – 20,8; Азии – 18,6; Европе – 2,8 % от общей площади.

По мнению В.Л. Лапина и др., степень экологического неблагополучия, вызванная хозяйственной деятельностью, носит отчетливо региональный характер. Загрязнением в узком смысле слова считается привнесение в какую-либо среду новых, не характерных для неё физических, химических и биологических агентов или превышение естественного среднемноголетнего уровня содержания этих агентов в среде. Загрязнение может быть как в результате естественных причин (природное), так и под влиянием антропогенной деятельности. С экологических позиций загрязнение означает не просто привнесение чуждых компонентов в окружающую среду, в любом случае конкретным объектом загрязнения является элементарная структурная единица биосферы – биогеоценоз или в целом экосистема. Наличие чужеродных веществ вызывает изменение эволюционно сложившихся режимов экологических факторов, что ведёт к нарушению обменных и продуционных процессов, а следовательно, продуктивности биогеоценозов (и агроценозов) в целом.

Загрязнение представляет собой комплекс «помех» в экологических системах, приводящих их к деградации, что следует из доклада Белого дома (1965 г.) «Чтобы восстановить качество окружающей среды»: «Загрязнение есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое целиком или частично является результатом человеческой деятельности, прямо или косвенно, или через сельскохозяйственные ресурсы, через воду или другие биологические продукты (вещество). Они могут также воздействовать на человека, ухудшая физические свойства предметов, находящиеся в его собственности, условия отдыха на природе и обезображивать её саму. По своей сути загрязнение является нежелательной потерей веществ, энергии, труда и средств, используемых при добыче и заготовке сырья и материалов, которые превращаются в безвозвратные отходы, рассеиваемые в биосфере».

Загрязнение становится причиной необратимого разрушения экологических систем, которое воздействует на глобальные физико-химические параметры среды: в результате загрязнения происходит потеря плодородных земель, падает продуктивность экологических систем и биосферы в целом; вследствие загрязнения непосредственно или опосредованно ухудшается физическое и моральное состояние самого человека.

В соответствии с материалами Международной конвенции по оценке воздействия на окружающую среду к экологически опасным отнесены следующие виды производств и объектов:

─ атомная промышленность (установки, предназначенные для производства обогащённого ядерного топлива, регенерации отработанного ядерного топлива или сбора, удаления и переработки радиоактивных отходов);

─ энергетика (атомные тепловые электростанции, крупные установки для сжигания топлива);

─ черная и цветная металлургия (установки для доменного и мартеновского производств, предприятия черной и цветной металлургии, машиностроительные и металлообрабатывающие предприятия);

─ нефтехимия, нефте - и газопереработка;

─ химическая промышленность (химические комбинаты, производства асбеста, стекла, минеральных удобрений, пестицидов и т.д.);

─ добыча полезных ископаемых (включая нефть и газ);

─ транспортировка нефти и газа, продуктов их переработки;

─ производство целлюлозы, бумаги, картона;

─ транспортировка, хранение, утилизация и захоронение токсичных и ядовитых отходов;

─ производство и хранение, транспортировка и уничтожение боеприпасов, взрывчатых веществ и ракетного топлива;

─ крупные склады для хранения нефтяных, нефтехимических, химических продуктов, пестицидов;

─ строительство дорог, автострад, трасс для железных дорог, аэропортов с длиной посадочной полосы более 2 км;

─ сельскохозяйственные объекты (животноводческие комплексы, птицефабрики, мелиоративные системы);

─ крупные водозаборы поверхностных и подземных вод;

─ крупные плотины и водохранилища, вырубка лесов на больших площадях;

─ легкая промышленность (фабрики по очистке, отбеливанию шерсти, кожевенные заводы, красильные фабрики).

К этим загрязнителям следует отнести огромный парк автотранспорта (более 800 млн ед.), газовые выбросы которого сравнимы с выбросами крупных промышленных предприятий и который ежегодно заметно увеличивается.

Агроэкосистемы, ставшие неотъемлемой составной частью современной биотехносферы, как и естественные экосистемы, испытывают постоянные техногенные воздействия, подвергаются влиянию разного рода загрязнений локального, регионального и глобального характера. В агроэкологических системах проявляется это в изменении количественных и качественных характеристик, составляющих их природных компонентов, снижении устойчивости и падении продуктивности, а также в качестве продукции культивируемых растений.

Действие загрязняющих веществ на растения во многом зависит от их вида и концентрации, длительности воздействия загрязнителей, относительной восприимчивости отдельных растений к ним, стадии физиологического развития, в котором находится растение или его часть. Сельскохозяйственные растения обладают разной устойчивостью к токсикантам. Постоянное воздействие некоторых токсичных газов оценивается по степени снижения продуктивности фитомассы или других функций растений, в разной степени опасно для агрокультур.

Вопросы для самоконтроля

11. Как происходит круговорот веществ и энергии в экосистемах? 12. Что представляет собой агроэкосистема и каким образом происходит ее… 13. Как строятся экологическая пирамида, пирамида численнсти, биомассы и энергии?

Природно-ресурсный потенциал

Основные направления природопользования включают: ресурсопотребление, конструктивное преобразование, воспроизводство природных ресурсов, охрану… Как известно, первый, и главный, фактор экономического роста –это сами люди,… Классификация природных ресурсов.Природные ресурсы условно подразделяют на неисчерпаемые и исчерпаемые, возобновляемые…

Природный потенциал – это потенциальная способность какой-либо природной системы (территории, биогеоценоза, экосистемы, природного объекта и др.) удовлетворять многообразные потребности человеческого общества.

Применительно к территориям о природно-ресурсном потенциале судят главным образом по степени разнообразия и набору природных условий: количественному и качественному составу и доступности природных ресурсов, степени соответствия показателей качества среды принятым нормам и стандартам. Экологический потенциал территории – это способность природной среды воспроизводить определенный (заданный) уровень качества обитания в течение длительного периода. Экологический потенциал – часть природно-ресурсного потенциала.

В сельскохозяйственное производство прямо или косвенно вовлечены все виды природных ресурсов. При этом выделяют группу базовых ресурсов, куда, в первую очередь, входят климатические (агроклиматические), водные, земельные, биологические и генетические. Кстати, агроклиматический потенциал производства аграрной продукции России оценивается в целом 1,05 ед., в основных земледельческих районах – 1,50, в то же время в странах Западной Европы он соответствует примерно – 2, США –2,4, Индии –4, Бразилии – 4,5–5.

Водные ресурсы. Значение воды на всех производствах народного хозяйства очень велико. Предотвращение истощения и загрязнения водных ресурсов призвано обеспечить экологизацию промышленного, сельскохозяйственного производств и городского хозяйства, очистку природных и сточных вод, а также мелиоративные мероприятия.

Для экологизации производственной деятельности и сохранения водных ресурсов следует:

─размещать новые объекты в соответствии с наличными водными ресурсами и допустимыми экологическими нагрузками на природную среду (в том числе на перспективу);

─сокращать удельное водопотребление;

─переходить к системам оборотного водоснабжения и последовательного использования воды для нужд других предприятий;

─совершенствовать технологию производства (замена водяного охлаждения воздушным);

─внедрять раздельные системы очистки сточных вод;

─применять меры экономического воздействия (вводить плату за потребляемую воду и сбрасывание неочищенных вод).

Особое место в предотвращении истощения и загрязнения природных вод принадлежит мелиоративным мероприятиям, но осуществление большинства из них требует значительных средств и времени. При проведении мелиорации необходимо в совершенстве знать все природные процессы, степень и масштабы антропогенного воздействия.

К важнейшим мелиоративным мероприятиям по сохранению и рациональному использованию водных ресурсов относят:

• уменьшение потерь воды на фильтрацию, испарение и на непроизводительные сбросы;
• улучшение водоприёмников с осуществлением комплекса природноохранных мероприятий;
• развитие польдерных систем осушения;
• поддержание в реках необходимых санитарных норм и обеспечение им самоочищающей способности;
• рациональное использование водохранилищ и поддержание в них воды надлежащего качества, многоцелевое использование мелководий; осуществление комплексной программы по борьбе с вредным воздействием вод (наводнения, селевые потоки, оползни, размыва берегов, водная эрозия и т.д.);
• создание комплексных мелиоративных систем с учётом интересов водоснабжения, рыболовства, рекреаций и т.п, а также систем, обеспечивающих утилизацию межотраслевых отходов и производств;
• проведение лесоохранных мер, направленных на количественное и качественное регулирование водных ресурсов.

Естественные биологические ресурсы. Для поддержания среды обитания человека – обеспечения должного качества необходимых для жизни газового состава атмосферы, химического состава среды, водного баланса, биологической продуктивности и т.д. –нужно сохранить генофонд всех живых организмов. Живые организмы служат источником удовлетворения потребностей общества в продуктах питания, одежде, лекарственном и промышленном сырье, строительных материалах и т.д. Возобновляемость ресурсов живой природы обеспечивает принципиальную возможность бесконечного использования их без истощения.

Сохранению подлежат все виды и подвидовые формы живых существ не только в качестве незаменимых частей механизма обмена веществом и энергией в биосфере, но и как носители уже используемых или потенциально полезных для общества свойств.

Огромное значение сохранение генофонда живых организмов имеет для функционирования сельского хозяйства. Живые организмы, обеспечивая процессы обмена веществ и энергии в биосфере, поддерживают необходимые для аграрного производства условия ─плодородие почв, формирование местного климата, гидрологический режим почв, регулирование численности вредителей.

Генофонд живых организмов также служит исходным материалом для введения в культуру и «одомашнивания» новых форм растений и видов животных. Особую ценность представляет фонд диких сородичей культурных растений. Многие дикие виды культурных растений и сегодня не потеряли своего значения для селекции. При скрещивании с культурными растениями они дают начало более жизнеспособным, продуктивным и стойким к заболеваниям сортам. На земном шаре насчитывается около 2000 видов диких растений: например, существуют 43 вида груши, 26 –вишни и смородины, 24 –люцерны, 18 –лука и яблонь, 9 –ржи, 8 –пшеницы и лещины, 3 –ячменя и т.д.

Для охраны генофонда диких животных и растений применяют различные методы: объявление вида охраняемым (запрет или строгое ограничение использования); сохранение семян и тканей в специализированных хранилищах; расселение за пределы естественного ареала; взятие под охрану отдельных экземпляров (генотипов). Однако перечисленные методы не гарантируют бессрочного сохранения наследственного материала. Перенесение в новые условия (питомники) расселения ведёт к утрате специфичности вида растений, семена не сохраняют при длительном хранении в полной мере свою жизнеспособность.

Кроме того, если рассчитывать на длительную перспективу, то растения, выращенные из семян, собранных много лет назад и пересеваемых на одном агрофоне, могут оказаться неприспособленными к изменившимся условиям среды. Запрет добычи сам по себе без сохранения условий обитания ничего не даёт. Если будут разрушены места обитания, то исчезнут свойственные для данных условий растения, животные и микроорганизмы.

Единственный метод, гарантирующий бессрочное сохранение генофонда – это сохранение живых организмов в их естественной среде обитания, т.е. в заповедниках. В данном случае сохраняется вся система взаимосвязей популяций вида с условиями обитания. Тем самым обеспечивается соответствие сменяющих друг друга поколений к среде, свойственной именно этому виду, которая формировалась в процессе эволюции.

При этом сохраняются специфические свойства того или иного организма, которые и являются ценными для общества, что вызывает необходимость их сохранности. Основными причинами утраты генофонда считаются: прямое уничтожение, разрушение и уничтожение мест обитания, физико-химическое загрязнение, генетическое загрязнение, интродукция (внедрение) чуждых организмов. Грамотное комплексное использование природно-ресурсного потенциала – важнейшая предпосылка его экологизации. При этом необходимы соответствующие материально-технические обеспечения, организация определенной производственной и социальной инфраструктуры.

Взаимодействие природы и общества.

Ресурсные циклы

Ф. Энгельс в книге «Диалектика природы» писал: «… в природе ничто не совершается обособленно. Каждое явление действует на другое обратно, и в… Поскольку человек в этом взаимодействии выступает не просто как биологическая… Удерживается здесь лишь только часть извлекаемого природного материала в виде орудий труда или многократно…

Эффективность использования

Природных ресурсов

. Расход природных ресурсов (ресурса) на единицу валового внутреннего продукта… .

Таблица 5.1. Количество вывезенной древесины (м3) в расчёте на 1 т производства бумаги

Страна	1 м3
Россия США Швеция Финляндия

 

Для уменьшения природоёмкости, с одной стороны, следует сокращать или стабилизировать потребление природных ресурсов, а с другой — увеличивать выпуск продукции за счёт совершенствования технологий, внедрения малоотходного и ресурсосберегающего производства, использования вторичных ресурсов и отходов. Таким образом, должен формироваться природосберегающий вид хозяйственной деятельности
(табл. 5.2).

 

Таблица 5.2. Показатели природоёмкости в странах мира

Страна	Энергоёмкость (т. нефт./экв/1000 $ США)	Выбросы SOx (кг/1000 $ США ВВП)	Выбросы СО2 (кг/100 $ США ВВП)
Япония Германия Франция Норвегия Великобритания Канада США Россия	0,17 0,21 0,21 0,22 0,20 0,36 0,28 0,61	0,3 1,1 0,9 0,3 1,8 4,1 2,3 6,0	0,42 0,52 0,31 0,52 0,49 0,73 0,58 1,54

 

Наряду с рассмотренными положениями представляют интерес и другие показатели. Экологичность (Э) – это уровень воздействия вредных веществ на окружающую среду (О_с) в расчёте на единицу полезной продукции или услуги (П_у), получаемой с помощью данного процесса:

.

Ресурсоёмкость процесса – расход энергии, воды, воздуха, земных и иных природных ресурсов (Р_р) в расчёте на единицу полезной продукции или услуги, получаемой на основе данного процесса:

.

По содержанию ресурсоемкость близка к отраслевой (продуктовой) природоёмкости. Существует такое понятие, как коэффициент экологичности объекта, который представляет собой отношение чисто полезного эффекта (П_у–Н_н) к израсходованным природным ресурсам:

.

Коэффициент экологичности при материально-энергетическом подходе к определению параметров экологической эффективности характеризует степень замкнутости данного технологического процесса. Так, при К_э ≤ 1 происходит разрушение природного потенциала без какого-либо полезного эффекта.

 

 

Особо охраняемые природные территории и их роль в сохранении экологического

Равновесия в биосфере

Наряду с традиционными формами заповедников, стали организовываться новые формы в виде национальных природных парков, памятников живой и неживой… Современный природно-заповедный фонд РФ включает пять объектов: заповедники,… Объединяет их следующее: они государственные, природные и заповедные.Особо охраняемые природные территории (ООПТ) –…

Вопросы для самоконтроля

1. В чём суть природно - ресурсного потенциала?
2. Что из себя представляют ресурсные циклы?
3. В чём заключается эффективность использования природных ресурсов?
4. Какова роль особо охраняемых природных территорий для сохранения биоразнообразия?
5. Назовите известные Вам особо охраняемые природные территории. В чём их ценность?

 

 

ГЛАВА 6. СУЩНОСТЬ И ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ

Понятия, виды, формы и основы

Рационального природопользования

Развивая данную мысль, можно далее сформулировать саму сущность понятия рационального природопользования таким образом. Рациональное… Более короткое и ёмкое понятие природопользования звучит следующим образом.… Для построения гармоничных отношений между природой и обществом необходимо предварительно решить три важные задачи. …

Исходя из определения, содержание природопользования включает три формы: экономическую (или ведущую), экологическую и культурно-рекреационно-оздоровительную. Природопользование осуществляется в виде: общего и специального природопользования.

Общее природопользование не требует специального разрешения. Оно осуществляется гражданами на основе принадлежащих им естественных (гуманитарных) прав, которые сложились в результате рождения и жизни (пользования, воздухом и т.д.).

Специальное природопользование осуществляется физическими и юридическими лицами на основании разрешения уполномоченных государственных органов. Такое природопользование носит целевой характер и по видам используемых объектов подразделяется на землепользование, пользование недрами, лесопользование, водопользование, пользование животным миром и рыбными запасами, использование атмосферного воздуха. Специальное природопользование связано с проблемами природных ресурсов. В этой части оно соотносится через правовое регулирование с отраслевыми природоресурсными законодательствами РФ: Земельным кодексом, Основами лесного законодательства, Законом о недрах, Водным кодексом, Законом об использовании и охране животного мира, Законом об охране атмосферного воздуха.

Лицензия на право потребителя природных ресурсов

Лицензирование природопользования – это система оплачиваемых государственных разрешений на эксплуатацию природных ресурсов.

Лицензирование природопользования – это регулирование административно-правовым путём экологических отношений методами запрета, разрешения и уполномочивания.

Предоставление лицензий природопользования регулируется постановлением Правительства РФ от 27 мая 1993 г.

По своей сущности лицензия на природопользование имеет три важных признака:

а) во-первых, она является актом собственника природного ресурса либо его владельца (фондодержателя);

б) во-вторых, является формой проявления контроля государства за рациональным использованием природного ресурса;

в) в-третьих, является средством регулирования рационального природопользования.

Лицензия выдаётся на каждый вид деятельности сроком действия на один год. Количество лицензий по отдельным видам в силу экологических требований, местоположения и других факторов может ограничиваться. Лицензии могут быть выданы по заявкам соискателей, в том числе и на конкурсной основе. Несоблюдение установленного порядка пользования лицензией, передача её другим лицам, нарушение санитарных, экологических и торговых правил влекут за собой лишение лицензии по постановлению органа, который её выдал. Отказ в выдаче лицензии, лишение права на лицензию (в случае возникновения спорного вопроса) могут быть обжалованы в суде общей юрисдикции или арбитражном суде. Контроль за соблюдением лицензионных условий ведёт территориально-отраслевой орган администрации субъекта РФ или города федерального значения.

Существуют следующие виды лицензий природопользования.

- контроль за законностью и рациональностью деятельности по использованию и соблюдению экологических и санитарных норм; - нормированного потребления соответствующего природного ресурса.… Лицензия выдаётся уполномоченными на то государственными органами экологического управления. Такими органами являются…

Лицензия на использование лесов. Основы лесного законодательства РФ предусматривают два вида лесопользования: основное и побочное.

Основное лесопользование осуществляется в плановом порядке. Для этого органы лесного хозяйства и Правительство РФ разрабатывают следующие… 1) определяют потребности в древесине как внутри страны, так и на экспорт (для… 2) устанавливают расчётную лесосеку по отдельным регионам и лесхозам, определяют лимит вырубки леса на год на…

Лицензия на использование животного мира

Лицензии выдаются и в случае продажи диких животных или продуктов их жизнедеятельности за пределы государства. На вывоз диких животных и продуктов…

Лицензирование на пользование атмосферным воздухом

а) инвентаризация выбросов вредных веществ по отдельным производственным объектам; б) определение на основе действующих предельно допустимых концентраций (ПДК) и… г) установление суточного, квартального и годового лимита выбросов вредных веществ в атмосферу для того или иного…

Лимитирование природопользования

Лимиты, как и лицензии, являются эффективным средством охраны окружающей среды. Лимитирование вызвано, как и лицензирование, ограниченностью запасов… Лимитирование природопользования осуществляется в соответствии с теми… - изъятие природного вещества из природной среды;

Договорно-арендные отношения в области природопользования

Передача природных ресурсов в возмездное или безвозмездное пользование относится к распорядительной деятельности органов управления, равно как и… Аренда природных ресурсов осуществляется на платной основе. Плата за право… Наибольшее развитие получил тип отношений договор-аренда. Предметом договорно-арендных отношений в природопользовании…

Договор аренды комплексного природопользования

Существование подобного договора предусмотрено ст. 18 Закона ФЗ «Об охране окружающей среды». Комплексное природопользование является одним из принципов охраны окружающей среды (ст. 3), а заключение такого договора продиктовано необходимостью реализации принципиальных основ природопользования.

Под комплексным природопользованием понимается использование одного или нескольких природных ресурсов одновременно с учётом охраны окружающей природной среды и соблюдением требований рационального использования и воспроизводства природных ресурсов.

Договорные обязательства при оформлении комплексного природопользования обусловлены тем, что практически всегда использование одних природных ресурсов неизбежно затрагивает интересы охраны и рационального использования других. Так, например, лицензия на разработку недр в целях добычи полезных ископаемых не регулирует выбросов и охраны земель, вод, лесов. А эти вопросы должны быть решены при развёртывании добычи полезных ископаемых, иначе хозяйственная деятельность такого рода неизбежно приведёт к разрушению природной среды, поэтому заключение и исполнение договора по комплексному природопользованию позволит устранить данный пробел. Заключению договора-аренды должно предшествовать разрешение всех вопросов, связанных с пользованием конкретными ресурсами и конечными последствиями такой эксплуатации и только при разрешении этих вопросов завершающим этапом может служить выдача лицензии на использование природного ресурса.

Договор возлагает на природопользователя обязанности по рациональному использованию природных ресурсов и соблюдению требований охраны окружающей природной среды, в том числе норм экологической безопасности. За невыполнение условий договора или нарушение их природопользователь несёт ответственность и обязан полностью возместить нанесённый природной среде причинённый ущерб.

Основные положения рационального природопользования

Отсюда следует, что рациональное природопользование – это высокоэффективное хозяйствование, которое не приводит к резким изменениям…  

Вопросы для самоконтроля

1. Какие существуют формы и основы рационального природопользования?

2. Что такое природопользование?

3. Что представляет собой лицензия и что она даёт приобретателю лицензии?

4. В чём суть лимитированного природопользования?

5. На чём основываются договорно-арендные отношения?

6. Что представляют собой основные положения рационального природопользования?

 

ГЛАВА 7. ПРИРОДООХРАННЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ, ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКА

Вчера прогрессивность технологии определялась двумя факторами ─ техническими и экономическими, сегодня мы обязаны выдвинуть на первый план самый важный фактор ─ экономический.

Акад.Б.Н.Ласкарин

Классификация и основные направления природоохранныхи природозащитных мероприятий

Защита окружающей природной среды – это комплексная проблема, которая может быть решена только совместными усилиями специалистов разных отраслей науки и техники. Наиболее эффективной формой защиты окружающей природной среды от вредного и опасного воздействия промышленных предприятий является переход к малоотходным и безотходным технологиям, экологически чистым процессам, в условиях сельскохозяйственного производства к экологическим методам защиты растений от болезней, вредителей и сорняков.

Экологизация промышленного производства должна развиваться по следующим направлениям: совершенствование технологических процессов и разработка нового оборудования с меньшим количеством выбросов вредных веществ, примесей и отходов в окружающую среду; широкое внедрение экологической экспертизы всех видов производств и промышленной продукции: замена токсичных и неутилизируемых отходов на нетоксичные и утилизируемые; широкое использование дополнительных методов и средств защиты окружающей среды.

В качестве дополнительных средств защиты природной среды применяется различное очистное оборудование, к которому относятся аппараты и системы очистки газовых выбросов, сточных вод, глушителей шума при сбросе газов в окружающую среду и другие.

Вышеназванные мероприятия позволят значительно уменьшить выброс вредных веществ в окружающую природную среду и тем самым более полно и рационально использовать природные ресурсы.

Инженерно-экологические мероприятия предполагают создание такой природно-промышленной системы, которая позволила бы обеспечить эффективное использование и охрану природных ресурсов в процессе работы того или иного производства.

В инженерно-экологические мероприятия входят три группы: инженерные, экологические и организационные.

Инженерные мероприятия направлены на совершенствование существующих и разработку новых технологических процессов, машин, механизмов и материалов, используемых в производстве в целях исключения или смягчения негативных воздействий предприятий на природную среду. Мероприятия, которые входят в инженерную группу, делятся на организационно-технические и технологические (рис.7.1).

Организационно-технические мероприятия включают ряд конкретных действий, направленных на соблюдение технологического регламента производства, процессов очистки отходящих газов и сбросных сточных вод, контроль за исправностью оборудования и своевременного проведения их капитальных ремонтов. Наиболее рациональны и устойчивы укрупнённые производства, так как они работают непрерывно и более стабильно, и позволяют выдерживать заданные режимы процессов, дозированный расход материалов, исключают «залповые» выбросы вредных веществ. Эти производства более оперативно и легко управляемы, чем разрозненные и рассредоточенные на больших территориях. На таких производствах имеется больше возможностей для совершенствования технологий в направлении снижения выбросов и применении более совершенных очистных сооружений и оборудования.

Технологические мероприятияпозволяют изменить показатели и характеристики источников воздействия, определяющие их интенсивность. Для реализации инженерных мероприятий необходимо предусматривать дополнительные затраты на модернизацию производства, на улавливание, очистку и предотвращение выбросов вредных веществ в окружающую среду или доведения их до такого количества, чтобы обеспечивалось самовосстановление компонентов биогеоценозов и не наносился ущерб природной среде.

 

 

 

Рис.7.1. Классификация инженерных мероприятий, направленных на охрану окружающей среды (по Э.А. Арустамову и др. 2001)

 

Экологические мероприятияобеспечивают самоочищение (при загрязнении) природной среды или самовосстановление (при её нарушениях). Экологические мероприятия делятся на две подгруппы: абиотическую и биотическую.

Подгруппа абиотических мероприятий основана на использовании естественных физических и химических процессов, протекающих во всех составляющих биосферы, которые способствуют снизить опасность вредного антропогенного воздействия или исключить его последствия.

Подгруппа биотических мероприятий основана на использовании живых организмов, обеспечивающих функционирование экологических систем в зоне влияния производства. К ним относятся биологическая рекультивация земель и биологическая очистка сточных вод, ликвидация загрязнения почв с помощью специальных растений или микроорганизмов, способных извлекать и перерабатывать загрязняющие вещества. Биотическим мероприятием считается также самозарастание сильно нарушенных земель.

Группа организационных мероприятийсвязана с управлением, структурой и функционированием создаваемых или действующих природно-промышленных систем и подразделяется на плановые и оперативные.

Плановые мероприятия рассчитаны на длительную перспективу с учётом развития производства и непроизводительной инфраструктуры крупных природно-промышленных систем.

Их основу составляют мероприятия, обеспечивающие рациональное взаимное расположение структурных единиц природно-промышленного комплекса. К ним относятся: выбор местоположения новых производств с учётом розы ветров и взаимного расположения других источников загрязнений; передислокация предприятий из городов и посёлков с высокой интенсивностью вредного воздействия, выбор месторасположения отвалов и свалок; перемещение рекреационных территорий, выведение объектов культурного назначения из зон влияния предприятия в чистые зоны; изменение путей и режимов движения транспорта; устройство санитарно-защитных зон. К плановым мероприятиям относят мероприятия, которые связаны с межотраслевыми проблемами использования отходов.

К оперативнымотносят мероприятия, применяемые в экстремальных ситуациях, возникающих на производстве или в природной среде. Экстремальные ситуации на производстве обычно сопровождаются авариями, взрывами, пожарами, разрывами трубопроводов, приводящим к «залповым» выбросам и сбросам загрязняющих веществ в окружающую среду. Неблагоприятные ситуации в природной среде возникают при воздействии на неё различных антропогенных процессов (промышленное и сельскохозяйственное производство, охота, рыболовство и т.д.) и снижают способность природных компонентов биогеоценозов противостоять этим воздействиям. Для преодоления такого отрицательного влияния требуются оперативные природоохранные мероприятия. При реализации данных мероприятий очень часто возникает большая необходимость для привлечения квалифицированных специалистов различных научных и технических направлений.

Очистка газопылевых выбросов

Процесс очистки газов от твёрдых и капельных примесей в различных аппаратах характеризуется многими параметрами, в частности общей эффективностью их… , где СВХ и СВЫХ- массовые концентрации примесей в газе соответственно до и после пылеуловителя, мг/м3;

Очистка газовых выбросов от газо- и парообразных загрязнителей

Первый тип установокобеспечивает санитарную очистку выбросов без последующей утилизации уловленных примесей, количество которых невелико, но они… Второй тип установокпредназначен для промышленной очистки выбросов для больших… Методы очистки промышленных выбросов от газообразных загрязнителей по характеру протекания физико-химических процессов…

Очистка сточных вод

В зависимости от типа процессов, протекающих в очистных сооружениях, различают механическую, физико-химическую и биологическую очистку сточных вод.… Механическая очисткапредназначена для задержания нерастворённых в воде… Очистные сооружения располагаются по высоте обычно таким образом, чтобы вода из одного сооружения в другое поступала…

Утилизация и ликвидация твёрдых отходов

Выбор метода для конкретного предприятия и города зависит от местных условий и осуществляется на основе технико-экономического сравнения с учётом… В технологическом паспорте указывается их токсичное действие и срок распада,…  

Малоотходные и безотходные производства

Академик А.Е. Ферсман ещё в 30-х годах ХХ столетия, имея в виду идею ресурсных циклов, под комплексным использованием сырья подразумевал такую… Такие циклы называют простыми, линейными. Например, связи по вертикали:…                       …

Биотехнологии и их значение для защиты окружающей среды

Экологизация производства требует, чтобы естественные биологические процессы не подавлялись и не вытеснялись техногенезом, а наоборот, занимали всё… Промышленные биотехнологии вносят существенный вклад в увеличение производства… В настоящее время с помощью микроорганизмов человек научился получать разнообразные органические вещества: этиловый,…

Вопросы для самоконтроля

2. В чём заключается суть очистки газопылевых выбросов и экозащитная техника? 3. Какими методами производится очистка газовых выбросов от газо- и… 4. Какие способы очистки сточных вод Вам известны?

ГЛАВА. 8. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

Не спрашивай никогда, по ком звонит колокол: он звонит по тебе.

Джон Дон

Состояние биосферы и болезни населения

Здоровье населения – понятие статистическое, описываемое комплексом таких демографических показателей, как: 1) рождаемость и смертность, в том числе младенческая (до года); 2) сроки продолжительности жизни;

Факторы, вызывающие негативные воздействия на население

В окружающей человека природной среде обитает огромное число микроорганизмов, в том числе антропогенного происхождения, вызывающих различные… Инфекционные заболевания характерны для слаборазвитых стран, где существует… В конце 1980-х годов около 270 млн жителей Земли болели малярией, 200 млн – шистозоматозом, 12 млн – проказой и т.д.…

Химические факторы

Канцерогенывызывают особую озабоченность у населения. Установлено, что многие вещества (хром, никель, бериллий, бенз(а)пирен, диоксин, асбест, табак…    

Химические соединения и физические факторы, опасные для здоровья человека

Диоксины способны воздействовать на репродуктивную систему человека. У рабочих, занятых в производстве хлорфенолоксигербицидов, отмечается… Накопление диоксинов осуществляется главным образом по пищевым цепям.… Данные вещества наиболее активно концентрируются в организмах рыб и дойных коров, а с рыбной продукцией, молоком и…

Таблица 8.3. Нормативы содержания антибиотиков в животноводческих продуктах, мг/кг и мг/л

Антибиотики	Содержание антибиотиков в продуктах
Яйцо	Молоко	Мясо
Пенициллин	0,06	0,006	0,018
Стрептомицин		0,2	0,5
Неомицин	0,5	0,15	0,2
Хлортетракциклин	0,05	0,02	0,05
Окситетрациклин	0,25	0,1	0,3
Тетрациклин	0,5	0,1	0,3
Эритромицин	0,3	0,04	0,3
Олеандомицин	0,3	0,15	0,1
Новобицин	0,5	0,15	0,1
Нистатин	7,1	1,1	4,3

 

Практикамизамечено, чем чаще применяют разнообразные антибиотики, тем менее эффективно они действуют на увеличение количества устойчивых штаммов микроорганизмов, что прямо пропорционально повышению применения антимикробных средств.

Продукты жизнедеятельности вредителей

Инсектотоксины ─этопродукты жизнедеятельности вредителей, выделяемые ими при поражении растений и обладающие токсичным (канцерогенным)… Афлотоксины и другие микотоксины. Микотоксины ─это токсичные продукты… В результате поражения грибком ежегодно при хранении портится до 30 % производимого зерна. При этом испорченное зерно…

Физические факторы

Действие вибрации на организм человека зависит от её физических параметров, дозы, места приложения, а также от биологических свойств человеческого… Воздействие шуманосит комплексный характер. Шум угнетает центральную нервную… Инфразвуковыеколебания также оказывают неблагоприятное действие на организм человека. При частотах порядка 6 – 10 Гц и…

Нитраты и их влияние на организм человека

Темпы накопления нитратов в почве зависят от температурного режима, увлажнения и физико-химических свойств почвы. При избыточном содержании азота в…                  

Таблица 8.4. Коэффициент пересчёта азота

 

Форма соединений	Коэффициент пересчёта
N-NO3 NO3	4,427
NO3-N- NO3	0,226
Na NO3 – N NO3	0,165
N-NO3 Na NO3	6,068
NO3 Na NO3	1,371
Na NO3 NO3	0,730

 

В природных условиях содержание нитратов в растениях обычно незначительно (1–30 мг/кг сухой массы). Они практически полностью тратятся на формирование органического вещества (белков, аминокислот и т.д.), которое находится в почве, воздухе и в воде, а также в других средах. Нитраты сами по себе характеризуются невысокой токсичностью, однако под воздействием микроорганизмов или в процессе химических и биологических реакций восстанавливаются до нитритов – соединений опасных для теплокровных животных и человека.

Всемирная организация здравоохранения своим решением определила для человека ежесуточную дозу приема нитратов с пищей от 3,65 до 5,0 мг на 1 кг веса. В организме теплокровных нитраты участвуют в образовании более опасных соединений ─нитрозимов, которые обладают канцерогенными свойствами.

По способности накапливать нитраты овощи можно разделить на несколько групп:

I –больше 5 г нитратов на 1 кг продукции ( все виды салата, включая и кресс - салат, петрушку, редис);

II –до 5 г /кг фитомассы (зеленый лук, капуста, кольраби, редька, столовая свекла, шпинат);

III –до 4 г/кг зеленой массы (белокачанная капуста, морковь, репчатый лук);

IV –до 3 г/кг (лук порей, ревень, укроп);

V –до 2 г/кг фитомассы накапливает тыква;

VI –менее 1 г/кг продукции (арбузы, дыни, баклажаны, огурцы, помидоры, картофель).

У свеклы нитраты в большей степени сконцентрированы в верхней части корнеплода, у моркови – в центральной желтой части, у капусты – самые опасные части –кочерыжка и толстые черешки. Мелкие клубни картофеля содержат намного больше нитратного азота, чем крупные, значительная часть этих соединений в картофеле сосредоточена под кожурой.

Нитриты. Нитрит-ион (NO^-2) является составной частью азотистой кислоты (HNO₂), которая существует в виде разбавленного водного раствора на холоде, в обычных условиях легко распадается на составные части. В почве нитриты образуются в результате деятельности нитрифицирующих и денитрифицирующих микроорганизмов в качестве промежуточного продукта окисления аммиака до восстановления нитратов. В обычных условиях их содержание в растениеводческой продукции и в воде незначительно. Но при хранении продуктов (особенно свежих) при комнатной температуре может происходить микробиологическое превращение нитратов в нитриты, в результате этого содержание их повышается до 3600 мг/кг сухого вещества.

Количество нитритов резко возрастает при оттаивании замороженной продукции, при комнатной температуре в течение длительного времени. Нитриты (нитрит натрия) широко используют при производстве и консервировании колбасных и мясных изделий, рыбной продукции в целях предотвращения ботулизма, вызываемого токсинообразующими штаммами бактерий Clostridium botulimum, которые присутствуют в сыром мясе и сохраняются в мясных продуктах даже после термической и кулинарной обработки. Допустимые концентрации нитритов в пищевых продуктах не представляют опасности для здоровья взрослых и детей старшего возраста. Во многих странах добавление нитритов в мясо и в мясные продукты, сыр и рыбопродукты регламентируется соответствующим законодательством. Из существующих нитросоединений нитрозамины являются наиболее опасными соединениями, способные в длительное время циркулировать в окружающей среде, загрязняя почву, воду, корма, продукты питания, производимые в растениеводстве. Кроме того, нитрозамины могут образоваться и в самих растениях при наличии предшественников: аминов, амидов, нитратов, нитритов и некоторых других аминокислот.

В разной растениеводческой продукции нитритов накапливается неодинаковое количество – их много в капусте, моркови, свекле кормовой.

Нитриты и их производные вещества обладают токсичными льное время циркулируютщныхтисвойствами и очень опасны для здоровья человека. Например, большую известность получило заболевание, именуемое метгемоглобинемия, оно особенно опасно для грудных детей. Это заболевание связано с нитрат-ионом (NO^-₃), который взаимодействует с гемоглобином крови, образуя метгемоглобин, при этом кровь теряет способность транспортировать кислород, что приводит к удушью.

При поступлении больших количеств нитритов и его производных в организме человека начинает проявляться цианоз (темно-синяя или синяя окраска слизистой оболочки и кожного покрова), понижается кровяное давление, наблюдается сердечная и легочная недостаточность. Первые признаки заболевания отмечаются при содержании в крови 7 – 8 % метгемоглобина. Легкая форма болезни начинает ощущаться при содержании в крови 10 – 20 % нитритного вещества, средняя – 20 –
40 % и тяжелая – более 40 % (возможен и летальный исход). При повышенных концентрациях нитраты и нитриты могут влиять на активность ферментов пищеварительной системы, метаболизм витамина А, деятельность щитовидной железы, работу сердца, на центральную нервную систему. Хроническая интоксикация нитратами снижает содержание в организме витаминов А, Е, В₁, В₆. Как выявлено, большое влияние на образование нитрозаминов оказывает содержание в продукции витамина С. При соотношении витамина С и нитритного азота 2:1 нитрозамины не формируются, некоторые медики утверждают, что аскорбиновая кислота оказывает ингибирующее действие на образование метгемоглобина.

 

Тяжёлые металлы и их воздействие на организм человека

При попадании в организм человека в больших количествах тяжелые металлы начинают накапливаться в почках и печени. Коэффициент концентрации (Кк) их… Кк = Ср / Сф . Необходимо отметить, что тяжелые металлы играют важную роль в биосфере. Металлы, присутствуя в живых организмах в…

Болезни человека, связанные с влиянием среды обитания на его психическое состояние

Курение – это вредная привычка, которая приводит к дополнительному загрязнению воздуха токсичными веществами. Количество курильщиков, выкуривающих… Табачный дым содержит свыше 4000 химических соединений, более сорока из них… Воздействие на организм некоторых веществ, которыми курильщики добровольно отравляют себя, показано табл.8.5.

Экологический СПИД человечества

1) патологические сдвиги в иммунной системе не только могут передаваться по наследству, но при неблагоприятных условиях имеют тенденцию к… 2) мужская особь вследствие особенностей механизма адаптации будет больше… ВОЗ установила, что здоровье человека на 20 % зависит от его наследственности, на 20 % – от состояния окружающей…

Вопросы для самоконтроля

ГЛАВА 9. ВЗАИМОЗАВИСИМОСТЬ ЭКОНОМИКИ И ЭКОЛОГИИ

Взаимосвязанность экологии и экономики

Не существует никакой стоимости, которая не содержит экологической сущности или в создании которой в той или иной форме не участвуют условия и факторы окружающей среды, не существует труда вне его биологической природы и экологической обусловленности.

До недавнего времени в нашем государстве отсутствовали эффективные экономические рычаги, способствующие сохранению и рациональному использованию окружающей природной среды.

Сегодня в РФ создан и функционирует экономический механизм охраны окружающей среды, который ориентирован на рыночную экономику, соответствующий критериям переходного периода к ней. Главная особенность этого механизма – ориентация не на централизованное плановое финансирование из государственного бюджета, а централизованное и направленное на экономические методы его регулирования.

Новая структура экономического механизма охраны окружающей среды сочетает в себе как ранее действующие нормы и нормативы (природоресурсные кадастры, материально-техническое обеспечение и т.д.) (рис.9.1), так и новые экономические стимулы (экономические фонды, плата за пользование природными ресурсами, экономическое страхование и др.) (рис.9.2).

 

 

	Кадастры и реестры природных ресурсов и ведущие их организации

 

 

 

 

Рис.9.1. Перечень основных природных кадастров, реестров и ведущих их организаций

 

 

 

Рис.9.2. Структура экономического механизма охраны окружающей природной среды (по В.В. Петрову)

 

Согласно ФЗ РФ «Об охране окружающей среды»
(2002 г.) основными задачами экономического механизма охраны окружающей среды являются следующие:

– планирование и финансирование природоохранительных мероприятий;

– установление лимитов на размещение отходов, объёмов выброса и сброса загрязняющих веществ;

– установление нормативов платы и размеров платежей за выбросы и сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов и другие виды вредного воздействия на окружающую среду, и здоровье населения;

– предоставление налоговых, кредитных и иных льгот при внедрении.

малоотходных и ресурсосберегающих технологий, нетрадиционных видов энергии и осуществлении других эффективных мер по охране окружающей природной среды;

- возмещение вреда, причинённого окружающей природной среде и здоровью населения.

По мнению многих учёных, главная специфическая особенность нового экономического механизма сделать охрану окружающей природной среды составной частью производственно-коммерческой деятельности, чтобы хозяйственник или предприниматель был заинтересован в ней не меньше, чем он заинтересован в выпуске конкурентоспособной продукции.

 

Эколого-экономический учёт природных ресурсов и загрязнителей

Кадастр – это систематизированный свод сведений, количественно и качественно характеризующих определённый вид природных ресурсов или явлений, в ряде… Кадастры составляют специально уполномоченные органы Госкомэкологии РФ для… Земельный кадастрвключает данные регистрации землепользователей (собственник, пользователь, арендаторы), учёта…

Поверхностные воды; 2) подземные воды; 3) использование вод.

Лесной кадастр– это свод данных о лесах, степени их вовлечения в эксплуатацию, качественном составе, запасах древесины, ежегодного его прироста и… В последнее время встал вопрос о необходимости учёта размещения промышленных… При этом объектом регистрации должны служить все опасные и потенциально опасные вещества, как произведенные на…

Новые механизмы финансирования охраны окружающей природной среды

Платность природных ресурсов – важнейший элемент нового механизма финансирования, ориентированного на рыночные реформы. К числу других важных экономических стимулов необходимо отнести экологическое страхование.

Плата за использование природных ресурсов

Налоговый кодекс РФ предусматривает в дальнейшем замену платы за загрязнение окружающей природной среды налоговым платежом за природопользование. Но… Порядок разработки и утверждения экологических нормативов выбросов и сбросов… В соответствии с порядком определения платы и её предельных размеров за загрязнение окружающей среды, размещение…

Экологические фонды

Экологические фонды способствуют также развитию таких прогрессивных механизмов финансирования природоохранной деятельности как: 1) вложение средств на формирование начального капитала предприятий,… 2) выдачу гарантий коммерческим банкам по ссудам и кредитам предприятиям на реализацию природоохранных проектов.

Экологическое страхование

Всё более актуальными становятся такие важные природоохранные проблемы, как страхование риска загрязнения окружающей природной среды, страхование… По А. Голубу (1991 г.), в условиях перехода к рынку комплекс экологических мер… Первый этап – это освоение выпуска новой природоохранной техники, создание основы службы экологического мониторинга.…

Экологическая обусловленность экономики

Основу макроэкономики образуют два фундаментальных фактора: 1) материальные потребности людей и всего общества безграничны и неутомимы; … 2) материальные ресурсы – эти средства удовлетворения потребностей – ограничены и редки.

Зависимость экономики от ресурсов биосферы

Исторически весь экономический рост, относимый к одному человеку, почти полностью вызван нарастанием использования надбиологических ресурсов,… Самые важные потребности человека – это пища, кислород, одежда, вода и жилище… То, что теперь многие из этих продуктов мы получаем не из девственной природы, а на полях и фермах, отражает не…

Главные слагаемые экологизации экономики

Основные составляющие

Цивилизация вышла на один из самых важнейших рубежей своей истории, требующей, наряду с изменением демографической ситуации, и смены парадигмы… а) ограничение возможности окружающей среды принимать и ассимилировать отходы… б) конечный характер невозобновляемых природных ресурсов.

Вопросы для самоконтроля

1. Существует ли взаимозависимость экономики и экологии и в чём она заключается?

2. В чём заключается эколого-экономический учёт природных ресурсов и загрязнителей?

3. Какие существуют механизмы финансирования охраны окружающей природной среды?

4. Какие слагаемые экологизации экономики Вы знаете?

ГЛАВА 10. ПРИРОДООХРАННАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ РФ

Нормативные документы по охране природной среды в России

В ХIV – XVII вв. учреждались «засеки» в военных целях, в которых сохранялась разнообразная флора и фауна. Во второй половине XVII века царём… Серьёзное внимание охране природы уделял царь Петр I. Перво-степенное… В конце XIX в начале ХХ вв. получило широкое распространение движение учёных России за охрану природы. В 1805 г. были…

Основные направления в природоохранной деятельности РФ

В комплекс прав личности на первое место сейчас выдвигается право на жизнь, среду обитания и условия труда, которые не угрожают существованию. Право на жизнь человека – это конституционное право. В статье 2 Конституции РФ записано, что человек, его права и свободы являются высшей ценностью. Признание, соблюдение и защита прав и свобод человека и гражданина – обязанность государства.

В законе «Об охране окружающей среды» сформулированы основные принципы её охраны: приоритет охраны жизни и здоровья человека, обеспечение благоприятных экологических условий для жизни, труда и отдыха населения; научно обоснованное сочетание экологических и экономических интересов общества, обеспечивающих реальные гарантии прав человека на здоровую и благоприятную для жизни окружающую природную среду и т.д.

Указом Президента РФ от 4.02.1994 г. «Основные положения государственной стратегии по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития» предусматриваются обеспечение сбалансированного решения задач социально-экономического развития на перспективу и сохранение благоприятного состояния окружающей среды и природоресурсного потенциала в целях удовлетворения жизненных потребностей населения.

Следует напомнить, что согласно первому закону
Б. Коммонера (1974 г.): «Все связано со всем» все экосистемы являются взаимонастраивающимися и взаимоуравновешенными. При каких-либо отклонениях в одном звене экосистемы в целом она постепенно стабилизируется благодаря динамическим самоконтролирующим свойствам. При слишком больших отклонениях может произойти разрушение всей экосистемы. Поэтому охране природы принадлежит весь природный комплекс, а не её отдельные элементы, природоохранные меры должны быть взаимосвязаны. Природоохранные мероприятия делятся на научные, образовательные, пропагандистские, правовые, технические, технологические и организационные.

Для объективной оценки возможности негативного влияния производственного сектора на природную среду важна дифференциация вероятных воздействий в зависимости от отраслей народного хозяйства и их специализации. Например, интенсивное развитие земледелия связано прежде всего с уничтожением естественной растительности и некоторым изменением круговорота веществ, водного режима на данной и сопредельных территориях.

Поэтому воздействие земледелия на окружающую природную среду проявляется в следующем:

─ ликвидации естественной растительности на значительных территориях и замене её культурными растениями;

─ формировании агрофитоценозов вместо естественных биоценозов;

─ превращении малопродуктивных почв и экосистем в высоко-продуктивные аграрные экосистемы посредством мелиоративных мероприятий;

─ уничтожении естественных (девственных) местообитаний животных и птиц;

─ деградации почвенного покрова при нерациональном использовании вновь созданных экосистем (эрозия почвы, засоление, заболачивание, загрязнение агрохимикатами и т.д.);

─ загрязнении поверхностных и грунтовых вод и атмосферы;

─ изменении водного баланса на больших территориях, ведущего к изменению радиационного баланса;

─ образовании бросовых земель при развитии процессов опустынивания и заболачивания;

─ изменении гидрологического режима территории (увеличение поверхностного стока, уменьшение или повышение уровня грунтовых вод при проведении осушения или орошения).

Чрезмерная плотность скота при пастьбе на единицу площади также ведёт к негативным последствиям, а именно:

· Уничтожению природной растительности на больших массивах. При чрезмерной нагрузке на пастбищах происходит распыление верхней части почвы, что приводит в последующем к дефляции этого слоя;

· Загрязнению поверхностных вод отходами животноводства вблизи боен и перерабатывающих предприятий, при лагерно-стойловом содержании скота и на водопое в природных водоёмах и реках.

Целенаправленное рациональное использование природно-ресурсного потенциала и охрана окружающей среды в области любого производства могут быть представлены целевыми программами, организационно-хозяйственными планами, комплексными разработками в виде схем и экологическими паспортами.

И.П. Лаптев исходя из концептуальных положений об охране окружающей природной среды в некоторых отраслях народного хозяйства предложил необходимые разработки по следующему алгоритму:

Природно-экономические особенности хозяйства

· Население (количество, размещение). · Аграрные угодья и другие земли (площади и их соотношение, использование,… · Леса (характеристика, естественное воспроизводство, прямое и косвенное использование, антропогенное воздействие). …

Прогноз антропогенных изменений природного комплекса и их влияние на развитие хозяйства

· Изменения, вызванные воздействием сопредельных территорий. · Экономическая оценка антропогенных изменений и влияние их на темпы и… · Оценка влияния антропогенных изменений на условия жизни населения и здоровье.

Система мер комплексной охраны природы на территории хозяйства

· Водоёмы: охрана и посадка лесных водозащитных насаждений; строительство очистных сооружений; усовершенствование технологий и введение оборотного… · Полезные ископаемые: рациональное размещение мест добычи… · Почва: меры по экономному использованию плодородных земель под застройку, дороги и для других целей; предотвращение…

Международное сотрудничество РФ в области охраны природной среды

· каждый человек имеет право на жизнь в наиболее благоприятных экологических условиях; · каждое государство имеет право на использование ресурсов своей страны для… · экологическое благополучие одного государства не может обеспечиваться за счёт других государств без учёта их…

Вопросы для самопроверки

1. Какие существуют нормативные документы по охране природной среды в РФ?
2. Каких направлений придерживается РФ в природоохранной деятельности?
3. Какие вопросы рассматривались на конференции В Рио–де–Жанейро в 1992 г?
4. В чём суть Киотского Протокола: его плюсы и минусы для РФ?