ЭКОЛОГИЯ

Федеральное агентство по образованию

 

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный

инженерно-экономический университет»

 

 

А.С.Николаев

 

ЭКОЛОГИЯ

  Учебное пособие  

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение………………………………………………………….
1. Биосфера…….…………………………………………………
2. Экологические факторы среды.………….…………………..
3. Экологические системы………………………………………
3.1. Особенности организации живой материи……………...
3.2. Структура экосистемы и круговорот биогенов…………
3.3. Самоорганизация экосистем……………………………..
3.3.1. Гомеостаз, сукцессии, состояние климакса…………
3.3.2. Теории динамики популяций………………………...
3.4. Элементы геоэкологии: характеристика природных экосистем…………………………………….……………
3.5. Функционирование природных (естественных) экосистем и качество жизни людей……………………………
4. Взаимоотношения общества и природы…………………….
4.1. Антропогенное воздействие на природу………………...
4.1.1. Экологические особенности человека………………
4.1.2. Экологические проблемы человечества……………..
4.2. Экологическое нормирование, контроль и прогнозирование……………………………………………………….
4.2.1. Понятие «природный ресурс».……………………….
4.2.2. Классификация природных ресурсов по признакам исчерпаемости и возобновимости…………………...
4.2.3. Управление качеством окружающей человека среды на основе экологического нормирования, контроля и прогнозирования……………………………..
4.2.4. Процедура «оценка воздействия на окружающую среду», процедура ОВОС……………….……………
4.3. Взаимосвязь экологии, экономики и социальных проблем………………………………………………………..
Заключение с несколькими примерами о связи экологии и политики………………………………………………………….
Библиографический список……………………………………..
Терминологический указатель………………………………….

ВВЕДЕНИЕ

 

Целесообразность издания данного учебного пособия продиктована особенностями подготовки специалистов в Санкт-Петербургском государственном инженерно-экономическом университете (СПбГИЭУ): необходимостью конкретизировать влияние потоков вещества и энергии, имеющих место при организации деятельности людей, на природные сообщества живых организмов и каким образом эти потоки могут повлиять на само человечество. Пособие составлено на основе лекций, читаемых в СПбГИЭУ по дисциплине «Экология». Но оно не подменяет в полном объеме лекций по дисциплине, тем более, если учесть непрерывно поступающую новую информацию.

Наличие разума выделило человека из всех живых существ: человечество, обладая культурой, развивается по своим социально-экономическим законам. Но человек и часть природы, его жизнь зависит от экологических условий окружающей среды.

К концу второго тысячелетия большинство ведущих ученых мира и главы многих государств осознали первостепенность роли экологических явлений в развитии цивилизации на Земле. В качестве основных при решении межгосударственных проблем и задач природопользования выдвинуты экологические критерии, что нашло отражение в материалах конференции ООН по окружающей среде и развитию (3-14 июня 1992 г. Рио-де-Жанейро) – КОСР – 2.

Беспрецедентность масштабов и политического уровня КОСР – 2 не вызывает сомнений. В Рио-де-Жанейро встретились 114 глав государств, дипломаты из 178 стран, представители 1600 неправительственных организаций, огромное число журналистов, представлявших разнообразные средства массовой информации. На конференции были одобрены пять основных документов: «Декларация Рио об окружающей среде и развитии»; «Повестка дня-21», включающая соглашения о путях и средствах осуществления «Заявления о принципах по управлению, сохранению и устойчивому развитию всех типов лесов»; «Рамочная конвенция по проблеме изменения климата» и «Конвенция по биологическому разнообразию» [23].

В 90-е годы ХХ-го столетия вице-президент США А. Гор издает книгу «Сбалансированная Земля. Экология и дух человека».

Не вдаваясь в детали упомянутых выше материалов, только на основании их названий, не трудно ощутить экологическую направленность.

В неблагоприятной экологической обстановке сегодня находятся многие из нас. Например, любое сырье тепловых электростанций содержит сульфид железа (FeS), который в процессе сгорания окисляется до оксидов серы, при дальнейшем взаимодействии с парами воды атмосферы образуется серная кислота (H₂SO₄), последняя является основным компонентом осадков, выпадающих на наши головы и окружающие предметы. Обратим внимание на зеленовато-голубой налет бронзовых памятников Санкт-Петербурга. Это не что иное как медный купорос (CuSO₄ · 5 H₂O) - результат кислотных дождей. В индустриальных районах кислотность атмосферных осадков может в 10000 раз превышать норму. Это приводит к заболеваниям людей. Исследования показали, что в полосе магистральных автомобильных дорог шириной 30-60 метров в почвах, грунтовых водах и растительности накапливаются свинец (Pb), цинк (Zn) и другие тяжелые металлы в концентрациях, значительно превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК) [31]. Свинец является весьма токсичным для живых организмов: неорганические соединения Pb²⁺ нарушают обмен веществ и выступают ингибиторами ферментов. Способность свинца заменять кальций (Са) в костях приводит к их повышенной хрупкости и искривлению.

Но слова «экология», «экологический» не сводятся к примерам, подобным приведенным выше. Они затрагивают и характеризуют более глубокое содержание: суть существования всех живых организмов на планете Земля, возможность нашего здорового существования.

Из опыта общения с сегодняшними абитуриентами Санкт-Петербурга следует, что большинство из них не имеют даже представления о содержании экологических явлений и процессов. На вопросы: «что такое экология?» – слышим ответы: «это наука об окружающей среде, о загрязнении...». Как самостоятельная смысловая единица русского языка термин «окружающая среда» лишен логики. Его употребление в качестве отдельного понятия исходит из практики переводов с английского языка предложений, содержащих слово «environment». Но в русском языке необходимо привести уточняющее дополнение, ответить на вопрос: «среда окружает что? кого?». Корректнее сказать: «среда, окружающая человека, окружающая нас среда» и т.п. Можно считать, что Вселенная состоит из двух частей: системы и окружения(окружающей среды). Система – это часть Вселенной, которая нас особенно интересует. Вселенная = система + окружающая среда. Между системой и окружающей средой существуют связи. Само по себе загрязнение не является объектом общей экологии. Следствия и общие разглагольствования скрыли смысл экологии. Вместе с тем, именно молодым предстоит ответить на вопросы: «какой срок популяция человека устанавливает себе для нормально существования?»; «что принять в качестве норм жизни людей?» Сегодня актуально изучение проблем, связанных с рациональным природопользованием. Критериями рациональности являются экологические показатели.

Цель предлагаемой работы – обсудить основные положения современной экологии и раскрыть их значимость для рационального природопользования.

Для успешного усвоения материала необходимо активно обращаться к указателю терминов, приведенному в конце издания. В нем представлены номера страниц, на которых пояснены ключевые термины.

Автор выражает глубокую признательность Ирине Сергеевне Масленниковой, заслуженному деятелю науки и техники РФ, доктору технических наук, профессору, заведующей кафедрой современного естествознания и экологии СПбГИЭУ; Юрию Александровичу Горбунову, доктору географических наук, ведущему научному сотруднику Арктического и Антарктического научно-исследовательского института за неформальное ознакомление с рукописью пособия, ценные рекомендации и замечания, которые учтены в конечном варианте данной работы.

1. БИОСФЕРА

 

Согласно современным представлениям естествознания, общество людей является составной частью биосферы и не может автономно существовать без учета особенностей самоорганизации этой охватывающей все живые организмы громадной природной экосистемы.

Биосфера являет собой оболочку планеты Земля, состав, структура и энергетика которой определяется совокупной деятельностью живых организмов. Биосфера включает 1) нижнюю часть атмосферы до высоты «озонового экрана» (20 ¸ 25 км); 2) всю гидросферу, включая максимальные глубины впадин Мирового океана (Марианская впадина – 11022 м); 3) часть литосферы, особенно кору выветривания, нижняя граница может достигать в среднем 2-3 км на суше и на 1-2 км ниже дна океана. На глубине литосферы около 4 км температура достигает 100^оС. Атмосфера – газообразная оболочка планеты; гидросфера – совокупность всех вод Земли (материковых, океанических, атмосферных); литосфера – верхняя «твердая» оболочка Земли, достигает 75 км на континентах и 10 км под дном океана.

Та часть земной сферы, где живет и куда временно проникает человечество (например, с помощью искусственных спутников Земли или во время экспедиций и т.д.) носит название антропосферы. При этом выделяют социосферу – участки биосферы, где активно функционирует человеческое общество, выступающее в качестве мощной производительной силы, преобразующей естественные ландшафты. Часть биосферы (и социосферы) коренным образом преобразованная человеком в технические объекты (например, здания, дороги и т.п.) называют техносферой.

Поддержание высокого качества жизни людей и корректное использование природных ресурсов невозможны без понимания того, что представляет собой природа, включая, прежде всего живые организмы, взаимосвязи их друг с другом и с окружающей средой – их «домом»; как организмы взаимодействуют с человеком, какое влияние на организмы оказывает производство, какие предельные нагрузки общество может допустить на природные системы, чтобы не разрушить их с неизбежным ущербом для себя. Все эти вопросы и являются предметом экологии и рационального природопользования.

Экология (от греч. oikos – жилище + logos – слово, учение) – это наука, изучающая отношения организмов (особей, популяций, биоценозов) с окружающей средой (с другими живыми организмами и неживыми компонентами), или наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. В основу положено определение Э. Геккеля.

Ключевое понятие экологической науки – экологические системы. Под экологическими системами понимают совокупность всех популяций разных видов живых организмов, проживающих на общей территории (биотопе) вместе с окружающей их неживой средой. Таким образом, любая экологическая система включает две принципиально отличающиеся компоненты: 1) живую компоненту – биоценоз и 2) неживую – экотоп.

Природопользование – совокупность всех форм эксплуатации природно-ресурсного потенциала и мер по его сохранению [33]. Природопользование включает: 1) извлечение и переработку природных ресурсов, их возобновление или воспроизводство; 2) использование и охрану природных условий среды жизни; 3) сохранение (поддержание), воспроизводство (восстановление) и рациональное изменение экологического баланса (равновесия) природных систем, что служит основой сохранения природно-ресурсного потенциала развития общества. По Н. Ф. Реймерсу [33] природно-ресурсный потенциал – это способность природных систем без ущерба для себя (а следовательно, и для людей) отдавать необходимую человечеству продукцию или производить для него работу в рамках хозяйства данного исторического типа; или природно-ресурсный потенциал – это та часть природных ресурсов Земли и ближайшего космоса, которая может быть реально вовлечена в хозяйственную деятельность при данных технических и социально-экономических возможностях общества с условием сохранения среды жизни человечества, т.е. без подрыва условий при которых может существовать и развиваться человек как биологический вид и организм, обладающий культурой [33].

Упрощенно взаимодействие общества и природы иллюстрирует схема, представленная на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема взаимодействия общества и природы [31]

А – население;

Б – промышленное и сельскохозяйственное производство.

 

Рис. 1.1. иллюстрирует следующие современные тенденции:

- Население (А), промышленное и сельскохозяйственное производство (Б) имеют положительные связи. Население представляет собой трудовые ресурсы, необходимые для роста промышленности и сельского хозяйства; промышленность обеспечивает человека материальными благами и содействует интенсификации сельского хозяйства; сельское хозяйство дает продукты питания и сырье для промышленности.

- Положительные связи блоков А и Б являются причиной быстрого безудержного роста как населения, так промышленности и сельского хозяйства. Современная эпоха развития человеческого общества характеризуется тенденцией к экспоненциальному росту численности населения, потребления энергии, ресурсов, продуктов питания и т.п.

- Отрицательные обратные связи усиливаются по мере воздействия человека на окружающую среду; они служат причиной ограничения роста населения и расширения хозяйства. Природные ресурсы положительно влияют на развитие общества, но интенсивное потребление отрицательно сказывается на их запасах и воспроизводстве. Воздействие общества на природу вызывает загрязнение окружающей среды, отрицательно влияет как на условия жизни людей, так и на качество природных ресурсов – чистоту почвы, воды, воздуха.

В зависимости от того, какие тенденции доминируют во взаимодействии между обществом и природой природопользование может носить рациональный или нерациональный характер.

Рациональноеприродопользование – высокоэффективное хозяйствование, не приводящее к резким изменениям природно-ресурсного потенциала (к которым социально-экономически не готово человечество) и не ведущее к глубоким переменам в окружающей человека природной среде, приносящим урон его здоровью или угрожающим самой его жизни. Таким образом: рациональноеприродопользование – система деятельности, призванная обеспечить экономную эксплуатацию природных ресурсов и условий, наиболее эффективный режим их воспроизводства с учетом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей [33].

В случае нерациональногоприродопользования не обеспечивается сохранение природно-ресурсного потенциала.

Природно-ресурсный потенциал, сохранение его, определяются уровнем экологического равновесия биосферы и ее подразделений – экологических систем. При обеспечении экологического равновесия биосферы имеет место устойчивое развитиечеловеческого общества, такое развитие экономики, которое удовлетворяет потребности настоящего времени и не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои потребности. В этом случае можно также говорить и о становлении ноосферы. Ноосфера – буквально «мыслящая оболочка». Это понятие введено в науку французским философом Э.Леруа в 1927 году. По мнению Леруа ноосфера зародилась в конце третичного периода, разворачивается с тех пор над миром растений и животных вне биосферы и над ней. В противоположность приведенному мнению В.И. Вернадский представляет ноосферу не как нечто внешнее по отношению к биосфере, а как новый этап развития биосферы, заключающийся в разумном регулировании отношений человека и природы. Пока еще рано говорить о сфере Разума, о чем свидетельствуют многие глобальные экологические проблемы, но ноосферное развитие – это разумно управляемые соразвитие человека, общества и природы, при котором удовлетворение жизненных потребностей сегодняшнего населения осуществляется без ущерба интересов будущих поколений. Сегодня, к сожалению, мы не можем ставить целью достижения полного равновесия между человеком и природой.

Науку управления взаимоотношениями между человеческим обществом и природой называют ноогеникой [10]. Основная цель ноогеники – планирование настоящего во имя будущего; ее главная задача – исправление нарушений в отношениях человека и природы, вызванных прогрессом техники. Помимо охранных функций ноогеника должна способствовать увеличению многообразия форм жизни путем создания новых видов растений, животных и микроорганизмов. Эти новые виды призваны не только служить источником пищи, кислорода или сырья для промышленности, но и помогать человеку, осуществляя буферные функции, бороться с вредными побочными результатами технического прогресса.

Для успешного движения по пути к ноосфере необходимо изучить закономерности функционирования природных экосистем, чему послужит ознакомление с содержанием разделов 2 и 3.

 

 

Вопросы для самостоятельных занятий по разделу 1

1. Что понимаем под термином «биосфера»?

2. Какова связь между биосферой, антропосферой, социосферой и техносферой?

3. В чем состоит разница между понятиями «антропосфера» и «техносфера»?

4. Расположите в порядке значимости три слова, характеризующих науку (учебную дисциплину) «экология».

5. Что является отличительной чертой природно-ресурсного потенциала и рационального природопользования?

6. Что является причиной роста населения и производства?

7. Какова связь между устойчивым развитием человеческого общества и ноосферой?

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ СРЕДЫ

Все экологические факторы можно разделить на две большие группы: биотические (живой природы, биогенные) и абиотические (неживой природы,… Мы постоянно сталкиваемся с таким понятием, как климатические условия.…  

Вопросы для самостоятельных занятий по разделу 2

1. Перечислите главные отличительные признаки экологического фактора.

2. Приведите примеры антропогенных биотических и природных абиотических экологических факторов.

3. Исходя из определения экологической ниши организма, приведите примеры экологических ниш для конкретных, выбранных вами, видов живых организмов.

4. Любой воздействующий на данный живой организм экологический фактор входит в состав его экологической ниши?

5. Экологические факторы, значения которых соответствуют зоне нормальной жизнедеятельности организма, всегда составляют его экологическую нишу?

6. Какими по природе своего происхождения агентами может быть представлено загрязнение среды?

7. Значение ПДК устанавливают только для нетипичных компонентов данной среды, случайно оказавшихся в ней?

8. Как связаны друг с другом понятия «зона угнетения» и ПДК?

9. Как связаны между собой лимитирующее значение экологического фактора, пороговая концентрация вредного для здоровья вещества и ПДК этого же вещества?

10. Что понимаем под термином «лимитирующий экологический фактор среды»?

11. Какие организмы называют эврибионтами, а какие – стенобионтами?

12. В чем заключена экологическая суть охраны природы?

13. Каково назначение мониторинга природной среды?

14. Как связаны между собой организмы-биоиндикаторы и мониторинг состояния природной среды?

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

  Многочисленные определения сущности жизни можно свести к двум основным.… В самом общем смысле жизнь можно определить как активное, идущее с затратой полученной извне энергии, поддержание и…

Вариант Б

 

 

Рис. 3.1. Схема регуляции биосинтеза и-РНК

П – промотор; Р – репрессор.

 

При положительной регуляции для начала транскрипции необходимо присоединение к промотору активатора – белка позитивного контроля – рис.3.1: вариант А. При отрицательной регуляции с оператором связывается репрессор – см. рис.3.1: вариант Б. В результате связывания оператора с репрессором РНК-полимераза не может двигаться вдоль гена и транскрипция не происходит. Если оператор не занят репрессором, то РНК-полимераза транскрибирует гены, происходит формирование (биосинтез) соответствующей и-РНК.

Ошибки «считывания» генетической информации, а также изменения в ее передаче называют мутациями. Мутация (mutatio) в переводе с латинского языка дословно означает «изменение». В биологическом и экологическом смысле мутации – это внезапные, естественные или вызванные искусственно наследуемые изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков в организме. Изменения проявляются морфологически (изменение внешнего вида и строения органов) и/или в физиолого-поведенческом плане. Мутации могут быть связаны с изменением структуры отдельного гена или группы генов, а также с изменением числа и структуры хромосом. В процессе матричного синтеза генетических программ неизбежно возникают ошибки копирования – мутации, вследствие чего копии программ отличаются друг от друга. Значительная часть мутаций корректируется специальными механизмами саморегуляции. Однако остающихся наследственных изменений достаточно, чтобы привести к разнокачественности особей и разной степени их приспособленности к условиям среды. Разнокачественность организмов создает предпосылки для естественного отбора. В зависимости от условий естественный отбор приводит либо к усовершенствованию организмов, либо к регрессу, упрощению их организации. Таким образом, сама сущность жизни как самовоспроизводящегося процесса является предпосылкой эволюции.

ДНК, носители наследственной информации, передающейся из поколения в поколение у многоклеточных организмов на 90% расположены в органоидах – хромосомах [5]. Свое название хромосомы получили, потому что на препаратах они окрашиваются многими красками и очень ярко (греч. «хрома» - краска, «сома» - тело). Хромосомы расположены в ядрах клеток.

В многоклеточном организме различают: 1) соматические (неполовые) клетки, которые входят в состав тканей и органов тела, и 2) половые клетки – гаметы. Ядра соматических клеток содержат диплоидный (двойной) набор хромосом. Ядра половых клеток содержат одинарный набор хромосом, называемый гаплоидным. Диплоидный набор хромосом человека имеет вид: χ. Короткое плечо обозначают латинской буквой р, длинное – g. Одинарность набора хромосом половых клеток обеспечивает генетическое разнообразие потомства. Этим достигаются большие эволюционные и экологические (расселение в разные среды) возможности.

Число хромосом и диплоидного, и гаплоидного набора постоянно для каждого вида организмов. Так диплоидный набор хромосом человека – 46, гаплоидный – 23; для растения «рожь» эти значения соответственно составляют 14 и 7.

Говоря о данном биологическом виде, обладателе наследственной информации, поясним три термина: геном, генотип, генофонд.

Геном видоспецифичен; он представляет собой тот необходимый набор генов, который обеспечивает формирование видовых характеристик организмов в ходе их нормального индивидуального развития. Геном – это совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом клеток данного вида организмов.

Генотип – это генетическая конструкция данного индивидуального организма, представляющего собой совокупность всех наследственных задатков его клеток, заключенных в диплоидном наборе хромосом. При половом размножении в процессе оплодотворения объединяются геномы двух родительских половых клеток, образуя генотип нового организма.

Упрощенно говоря, геном – это набор всех лишь необходимых генов для «сборки» данного биологического вида, а генотип – это набор всех генов, содержащихся в данном организме или одной соматической клетке, включая мутантные гены. Генотип составляет большее число генов, заключенных в двойном наборе хромосом.

Различие понятий геном и генотип, например, состоит в том, что конкретный организм (генотип) может содержать измененные гены, обусловливающие потерю каких-либо его свойств по сравнению с предками, или приобретение новых качеств не типичных для данного биологического вида.

Генофонд включает совокупность всех генов, которые имеются у особей данной группы (популяции, группы популяций, вида). Например, генофонд поселка составляют все его жители или сумма генов его жителей. Охрана генофонда природных и искусственных популяций растений и животных – одна из центральных задач охраны живой природы. Однако лозунг: «Сохраним генофонд нации» имеет и оборотную сторону. С биологических позиций это означает стремление сохранить в том числе и все онкогены (обусловливающие злокачественные заболевания) и наследственные факторы алкоголизма, шизофрении и т.п.

В организмах разных видов подобные функции осуществляют белки аналогичного строения, но не тождественного.

Код ДНК, шифрующий последовательность конкретных аминокислотных остатков в белке практически одинаков для любого биологического вида. То есть у бактерий и грибов, злаков и мхов, муравья и лягушки, окуня и пеликана, черепахи, лошади и человека одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты.

Установку того, или иного, остатка аминокислоты в данном месте полипептида определяют три (триплет) стоящие друг за другом азотистые основания ДНК, РНК.

В ДНК это аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т). В РНК, как правило, вместо тимина в наличии урацил (У).

В молекулах биополимеров: ДНК и РНК, азотистые основания соединены в цепочку друг за другом посредством остатка фосфорной кислоты и пятиуглеродного сахара (точнее, углевода). Такое звено, содержащее остаток фосфорной кислоты, пятиуглеродный сахар и одно из азотистых оснований, называют нуклеотидом. В литературе чаще пишут, что нуклеотиды шифруют структуру белка. Но нуклеотиды различаются между собой только азотистыми основаниями. Ведущая роль в шифре принадлежит именно азотистым основаниям. ДНК содержит пятиуглеродный сахар (углевод) – дезоксирибозу, отсюда и название дезоксирибонуклеиновая кислота. В структуру РНК помимо азотистых оснований: АГЦУ и остатков фосфорной кислоты входит пятиуглеродный сахар (углевод) рибоза, полное название этого биополимера: рибонуклеиновая кислота.

Молекула ДНК представляет собой структуру, состоящую из двух нитей, которые по всей длине соединены друг с другом водородными связями (точки на рис. 3.2). Такую структуру, свойственную только молекулам ДНК, называют двойной спиралью.

 

 

 

Рис. 3.2. Схема участка молекулы ДНК

 

 

Особенностью структуры ДНК является то, что против азотистого основания А в одной цепи расположено азотистое основание Т в другой цепи, а против азотистого основания Г всегда расположено азотистое основание Ц. Схематически сказанное можно выразить следующим образом:

А (аденин) – Т (тимин)

Т (тимин) – А (аденин)

Г (гуанин) – Ц (цитозин)

Ц (цитозин) – Г (гуанин)

Эти пары называют комплементарными основаниями, т.е. дополняющими друг друга.

Таким образом, имеет место комплементарное (Т – А; Г – Ц; Ц – Г; А – Т) расположение азотистых оснований, соответственно нуклеотидов. В отдельную цепь молекулы ДНК заключены десятки тысяч нуклеотидов.

Модель строения молекулы ДНК предложили Дж.Уотсон и Ф.Крик в 1953 г. Она полностью подтверждена экспериментально.

Каждая из 20 аминокислот, участвующих в построении первичной структуры белка (полипептида), зашифрованная последовательностью 3 нуклеотидов, т.е. триплетом. Этот триплет получил название кодон. Из 4 нуклеотидов можно создать 4³=64 различные комбинации, по 3 нуклеотида в каждой. Почти каждая аминокислота шифруется 2-6 кодонами. Исключение составляют метионин и триптофан, которые шифруют по одному кодону. Глицин (гли), например, шифруется четырьмя кодонами: ГГА, ГГГ, ГГУ, ГГЦ; серин – шестью: УЦУ, УЦЦ, УЦА, УЦГ, АГУ, АГЦ. Исследования показывают, что в укладке полипептидной цепи нет ничего случайного или хаотичного, каждому белку присущ определенный, всегда постоянный характер упаковки. В биосинтезе белка участвуют следующие РНК: информационные: и-РНК (переносят по правилам комплементарности информацию о структуре белка); транспортные: т-РНК (транспортируют аминокислоты к месту синтеза белка); рибосомные: р-РНК (содержатся в рибосомах).

Структура РНК воспроизводится по законам комплементарности и воспроизводит соответствующую матрицу ДНК.

Например:

| | |

А … Т А

| | |

Г … Ц Г

| | |

Ц … Г Ц

| | |

Т … А У

 

ДНК и-РНК

Рибосома – органоид клетки, представляющий собой частицу сложной формы, состоящую из двух неравных субъединиц: большой и малой. Диаметр рибосомы… В процессе трансляции информация о специфическом строении будущего белка,… По мере сборки белковой молекулы рибосома, имеющая малый размер «ползет» по и-РНК (см. рис.3.3). В это же время из…

Рис. 3.4. Уровни организации живой материи

Жизнь на Земле представлена индивидуумами определенного строения, принадлежащим к определенным систематическим группам, а также сообществам разной сложности; индивидуумы обладают молекулярной, клеточной, тканевой, органной структурностью. Сообщества бывают одновидовые и многовидовые; индивидуумы и сообщества организованы в пространстве и во времени.

Молекулярный уровень организации живой материи составляет предмет молекулярной биологии, изучающей строение белков, их функции, роль нуклеиновых кислот в хранении, репликации и реализации генетической (наследственной) информации – процессы синтеза ДНК, РНК, белков; на этом уровне достигнуты большие практические успехи в области биотехнологии и генной инженерии.

На уровне субклеточных (надмолекулярных) структур изучают строение и функции органоидов: хромосом, митохондрий, рибосом и др.; также других включений клетки.

Клеточный уровень организации живой материи изучает биология клетки – цитология, она изучает морфологические организации клетки, специализации клеток, функции клеточных мембран, механизмы и регуляцию деления клетки, именно на этом уровне решают проблему рака.

На органотканевом уровне основная проблема заключена в изучении особенностей строения и функций отдельных органов и составляющих их тканей.

На организменном уровне изучают особь и свойственные ей как целому черты строения, физиологические процессы, в том числе дифференцировку, механизмы адаптации и поведения, функции центральной нервной системы.

На популяционно-видовом уровне изучают факторы, влияющие на численность популяций, проблемы сохранения исчезающих видов, динамики генетического состава популяций, действие факторов микроэволюции (в основе лежат мутационные процессы) и т.п. Для хозяйственной деятельности человека важны такие проблемы популяционной биологии, как контроль численности видов, наносящих ущерб хозяйству, поддержание оптимальной численности эксплуатируемых и охраняемых популяций.

На биоценотическом и биогеоценотическом уровнях ведущими являются проблемы взаимоотношений организмов в биоценозах, условия, определяющие их численность и продуктивность биоценозов, устойчивость последних и роль влияний человеа на сохранение биоценозов и их комплексов.

На биосферном уровне современная биология решает глобальные проблемы, например, определение интенсивности образования свободного кислорода растительным покровом Земли или изменения концентрации углекислого газа в атмосфере, связанного с деятельностью человека.

Разделение живой материи и проблем биологии по уровням организации хотя и отражает объективную реальность, но и условно. Почти все конкретные задачи биологии касаются одновременно нескольких уровней, а нередко и всех сразу. Например, проблема регулирования численности опирается на молекулярный уровень, но касается также всех вышестоящих, включая такие аспекты, как загрязнение всей биосферы.

Основная область компетенции экологии (см. рис.3.4) – уровень экологических систем (экосистем) – уровень 8, но она простирается и на последующий девятый уровень, а также на четыре предыдущих (3, 5, 6, 7); если учесть, что существует большая группа одноклеточных организмов (например, бактерии, некоторые водоросли, амебы, инфузории).

По уровню организации живых систем в общей (биологической) экологии выделяют:

- аутэкологию (см. уровни: 3, 5)

- демэкологию (см. уровень 6)

- синэкологию (см. уровень 7, 8)

- глобальную (см. уровень 9)

Самая высокая таксономическая (групповая) категория в системе организмов, официально признаваемая ныне действующими Международными кодексами ботанической и зоологической номенклатуры, а также Международным кодексом номенклатуры бактерий – царство; наименьшая – подвид [4]. Подвид – совокупность географически (реже экологически и геохронологически) обособленных популяций вида, в которых большинство (75%) особей отличаются одним или несколькими признаками (обычно по форме и строению) от особей другой популяции того же вида. Строгое общепринятое понятие вид до сих пор не разработано [4]. Вид – основная структурная единица в системе живых организмов. Обычно под биологическим видом понимают совокупность популяций всех особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, населяющих определенный ареал, обладающих рядом общих морфо-физиологических признаков и типов взаимоотношений с абиотической и биотической средой и отделенных от других таких же групп особей практически полным отсутствием гибридных форм [4].

Сегодня в биологии нет общепринятой системы организмов. Это во многом обусловлено интенсивным и быстрым развитием данной науки. Рядом исследователей предложено ввести категорию – надцарство. Современную систему организмов можно представить в следующем виде:

А. Надцарсто Доядерные организмы, или Прокариоты (Procaryota):

I. Царство Бактерии (Bacteriobionta)

II. Царство Архебактерии (Archaebacteria, Archaebacteriobionta)

Б. Надцарство Ядерные организмы, или Эукариоты (Eucaryota):

I. Царство Животные (Animalia, Zoobiota)

1. Подцарство Простейшие (Protozoa, Protozoobionta)

2. Подцарство Многоклеточные (Metazoa, Metazoobionta)

II. Царство Грибы (Fungi, Mycobiota, Mycetalia или Mycota)

III. Царство Растения (Vegetabilia, Phytobiota или Plantae)

1. Подцарство Багрянки (Rhodobionta)

2. Подцарство Настоящие водоросли (Phycobionta)

3. Подцарство Высшие растения (Embryobionta).

В естествознании имеет место еще более широкая система соподчинения систематических единиц живой материи, включающая вирусы. Приведем наименования этих единиц:

- империя (доклеточные – вирусы и клеточные);

- надцарство (безядерные и ядерные);

- царство (бактерии, грибы, растения, животные);

- подцарство (одноклеточные, многоклеточные);

- тип (например, членистоногие);

- класс (например, насекомые);

- отряд (например, чешуекрылые или, иначе говоря, бабочки);

- семейство (например, белянки);

- род (например, белянка);

- вид (например, капустная белянка).

Систематизация – дело сложное. В научном мире по этому поводу отсутствует единое мнение. Осветив вопрос лишь в общих чертах, остановимся на приведенных выше примерах, не претендуя на абсолютную истину.

В экологии различают следующие биотические сообщества (слово сообщество часто понимают как синоним слова биоценоз). Микробоценоз – сообщество микроорганизмов (размер не превышает 500 мкм), обитающих на общей территории и находящихся в определенных взаимоотношениях. Формируют микробоценоз бактерии, простейшие, микроскопические грибы и одноклеточные растения. Основная функция этого сообщества – средообразование, формирование почвы. Фитоценоз (растительное сообщество) – совокупность растений на относительно однородном участке земной поверхности, совместно продуцирующих органическое вещество. Зооценоз – совокупность многоклеточных совместно обитающих на общей территории животных. Микробоценоз, фитоценоз и зооценоз на данной общей территории (биотопе) образуют биоценоз. Биоценоз – одна из основных частей экосистемы.

 

Структура экосистемы и круговорот биогенов

 

Наглядно структуру экологической системы можно представить схемой, предложенной В.Н. Сукачевым, для характеристики биогеоценоза. Схема дополнена составляющей: «водная среда» (см. рис.3.5).

 

 

Рис.3.5. Компонентная структура экологической системы

На примере биогеоценоза

На схеме рис.3.5 стрелками обозначены связи между отдельными элементами экологической системы. Связи могут быть реализованы посредством потоков вещества, энергии, информации.

Неживая компонента или среда (косная, абиотическая), экотоп включает: водную среду; эдафотоп (от греч. edaphos – почва + topos – место) – геологическую среду, почво-грунты; климатоп – климат во всех его многообразных проявлениях, включая микроклимат. Отметим, микроклимат на лесной поляне отличен от микроклимата лесной чащи и даже от микроклимата под кустарником, растущим на этой поляне. Под микроклиматом также понимают климат припочвенного слоя воздуха [33].

Живая компонента (биотическая) или биоценоз – это совокупность популяцийразличных видов животных, растений и микроорганизмов, населяющих определенный биотоп (от греч. bios – жизнь + topos – место). Поскольку виды, занимающие общую территорию, как правило, взаимодействуют, они представляют сообщество. Таким образом термины «биоценоз» и «сообщество» в большинстве случаев являются синонимами. Примером, когда эти понятия не тождественны является нейтрализм. Но и в этом случае «нейтральные» виды, как правило, зависят от состояния данного биоценоза в целом, или они оказывают влияние друг на друга через экотоп.

Говоря о взаимоотношениях и взаимодействиях между живыми организмами, отметим, что они могут быть внутривидовыми и межвидовыми.

Взаимоотношения внутривидовые – прямое и опосредованное влияние особей одного вида друг на друга, характеризующееся передачей информации или одновременно с ней вещества и энергии; являются источником или следствием биотических экологических факторов; некоторые примеры: 1) взаимопомощь: коллективная охота или коллективная защита от хищников; 2) отношения размножения; 3) забота о потомстве; 4) конкуренция – соревнование за один и тот же ресурс при его недостатке, например, за пищевые ресурсы, за партнера по спариванию и т.д.

Взаимоотношения межвидовые – прямое и опосредованное влияние организмов, относящихся к разным видам, друг на друга, как информационное, так и с передачей вещества и энергии; являются источником или следствием биотических экологических факторов; некоторые примеры этого вида взаимоотношений: 1) паразитизм – форма взаимоотношений двух различных организмов, принадлежащих к разным видам и носящая антогонистический характер, когда один из них (паразит) использует другого (хозяина) в качестве среды обитания (среда 1-го порядка) или источника пищи, возлагая на него регуляцию своих отношений с внешней средой (среда 2 порядка); паразитизм известен на всех уровнях живых организмов, начиная с бактерий и кончая высшими растениями и многоклеточными животными; отношение «паразит-хозяин»: паразитические грибы рода фитофтора развиваются в тканях клубней картофеля –картофель «гниет»; 2) хищничество – способ добывания пищи и питания животных (редко растений), при котором они ловят, умерщвляют и поедают других животных: отношения «хищник-жертва»; 3) конкуренция, например между растениями разных видов за солнечный свет, влагу (доп.сведения см. «взаимоотноешния внутривидовые»); 4) опыление перекрестное – перенос пыльцы с пыльников на рыльце пестиков (у цветковых растений) с помощью животных: птиц, млекопитающих, грызунов, некоторых сумчатых, лемуров, насекомых (пчел); 5) мутуализм – форма симбиоза, при которой два организма разных биологических видов возлагают друг на друга регуляцию своих отношений с внешней средой, отношения характеризуются взаимовыгодностью и не один из партнеров не может самостоятельно существовать без другого: термиты и живущие у них в кишечнике жгутиконосцы, последние переваривают поглощаемую термитами клетчатку; 6) комменсализм – форма симбиоза, при которой один из партнеров системы (коменсал) возлагает на другого (хозяина) регуляцию своих отношений с внешней средой, но не вступает с ним в тесные отношения, основой для коменсальных отношений могут быть общее пространство, субстрат: совместное гнездование нескольких видов птиц, кров, передвижение (на жуках-навозниках «переезжают» к новым местам обитания личинки гамазовых клещей); пища (коралловый полип актиния, прикрепившись к раковине, занятой раком-отшельником защищает его от врагов своими стрекательными щупальцами, в ответ получает остатки его трапезы), присутствие коменсала для хозяина безразлично; паразитизм, мутуализм и комменсализм являются частными случаями симбиоза – различных форм совместного существования разноименных организмов, составляющих симбиотическую систему.

Дополнительная информация о перечисленных и других видах биотических взаимоотношений дана в [1, 4, 7, 9].

Взаимодействие: «живой организм – неживой компонент» (см. рис.3.5) представлено, например, физическим воздействием на грунт (рыхление его животными и корнями растений), изменением химического состава почво-грунтов в результате жизнедеятельности микроорганизмов, изменением влагосодержания почвы в результате смены фитоценоза и другими.

Выше охарактеризована структура экологической системы на базе понятия «биогеоценоз». Термины «экологическая система» и «биогеоценоз» не являются синонимами. Экологическая система – это любая совокупность организмов и окружающей их среды. В качестве экосистемы можно рассматривать, например, растения в заброшенном ящике с землей на балконе, бочку с «цветущей» водой, горшок с цветком, террариум, пилотируемый космический корабль. У названных совокупностей организмов и среды отсутствует такой элемент, как «гео» (участок земной поверхности). Экологическими системами являются и составные части сооружений биологической очистки сточных вод – биологические фильтры. Они представляют собой сообщество живых организмов (преимущественно бактерий и простейших), образующих так называемый активный ил. Каждый вид этих микроорганизмов занимает свою экологическую нишу и может существовать в определенных условиях. Для обеспечения хорошей работы очистки сооружений человек должен управлять состоянием активного ила. Описанные экологические системы создаются и управляются человеком.

Центральное место в экологии занимают природные экологические системы. В зависимости от масштабов различают микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд, озеро), макроэкосистемы (континент, океан) и глобальную экосистему – биосферу.

Примеры классификации природных экологических систем приведены в [7, 9, 14]. Биогеоценоз – это, обязательно, природная экологическая система: участок биосферы (геобиосферы), через который не проходит ни одна существенная биоценотическая, микроклиматическая, гидрологическая, почвенная, геоморфологическая и геохимическая граница; т.е. элементарная единица биосферы (геобиосферы), элементарная природная экосистема и геосистема [33]. Биогеоценоз – совокупность однородных природных элементов на определенном участке поверхности Земли (гео), например, луг, ельник-зеленомошник.

Возвращаясь к схеме, представленной на рис.3.5, поясним влияние обратных связей на составные части и состояние экосистемы в целом. Соответствующие яркие примеры приведены в книге Л.Н. Гумилева «Этногенез и биосфера Земли» (см. [18]). По мнению автора за 15 тысяч лет до н.э. на Земле не было пустынь. Во время вюрмского оледенения (от 100 тыс. лет до 18 тыс. лет назад) атлантические циклоны проходили через северную Сахару, Ливан, Месопотамию, Иран и достигали Индии. Тогда Сахара представляла собой цветущую степь, пересеченную многоводными реками, полную диких животных: слонов, гиппопотамов, диких быков, газелей, пантер, львов. Изображения этих животных до сих пор присутствуют на скалах Сахары и Аравии, они выполнены представителями современного человека вида Homo Sapiens. Но вот, в конце 4 тысячелетия до н.э. происходит перенесение направления циклонов на север. Изменяется климатоп (см. рис.3.5) постепенно обедняется, усыхает, водная среда Сахары (рис.3.5: см. связь водная среда → климатоп), что приводит к изменению эдафотопа и микробоценоза (рис.3.5: см. связи водная среда → эдафотоп, климатоп → микробоценоз, эдафотоп → микробоценоз, водная среда → микробоценоз). Картину усугубила хозяйственная деятельность людей: земледельцев, взрыхливших почву Сахары и, тем самым, позволившая самумам развеять ее (рис.3.5: см. связи: зооценоз (в том числе люди) → эдафотоп, зооценоз → микробоценоз). Самум – сухой горячий шквал ветра, переносящий огромное количество песка и пыли. Изменения состава почвы и количества водной среды повлияли на фитоценоз, уменьшив его биоразнообразие (рис.3.5: см. связи: эдафотоп → фитоценоз, микробоценоз → фитоценоз, водная среда → фитоценоз). В свою очередь, сокращение численности растений с развитой корневой системой привело к дальнейшему изменению структуры эдафотопа, что повлияло на микробоценоз (рис.3.5: см. связи: фитоценоз → эдафотоп, эдафотоп → микробоценоз, микробоценоз → фитоценоз, фитоценоз → микробоценоз). Изменение фитоценоза повлекло изменение в зооценозе, включая популяцию человека: «древние обитатели Сахары обратили внимание на болотистую долину Нила, где среди дикорастущих трав по краям долины произрастали предки пшеницы и ячменя [18]. Мигрировали травоядные животные, за ними хищные (см. рис.3.5: связь: фитоценоз → зооценоз). Изменение (резкое уменьшение) численности зооценоза и фитоценоза, безусловно, привело к обеднению микробоценоза, вследствие сокращения пищевой базы (рис.3.5: см. связи: зооценоз → микробоценоз, фитоценоз → микробоценоз). В итоге сегодня пустыня Сахара отвоевывает до десяти километров в год, продвигаясь к экватору.

Падение Вавилона также может быть объяснено схемой, представленной на рис.3.5. «Первый в древнем мире город» [18] в начале н.э. покинут населением из-за недостатка пищи, после 20 веков процветания за счет местных ресурсов. В результате крупномасштабного орошения почв кристаллы солей покрыли всю поверхность сельскохозяйственных ландшафтов, что привело к гибели злаков. В наши дни история повторила урок в долинах рек Амударьи и Сырдарьи, до побережья Арала. В последних примерах прослеживается цепочка: зооценоз (популяция вида Homo Sapiens) → эдафотоп → фитоценоз, микробоценоз → зооценоз.

Представления о структуре экологической системы следует дополнить сведениями о пищевых (трофических) уровнях. При этом взаимосвязи между отдельными элементами системы приобретают более конкретные, численные, характеристики.

Из схемы представленной на рис.3.6 следует: необратимый поток энергии от Солнца в природную экологическую систему планеты Земля любого масштаба свидетельствует о ее открытости, разомкнутости. Однако, при передаче вещества по цепочке: продуценты – консументы – редуценты – продуценты имеет место определенная замкнутость, т.е. имеет место круговорот биогенов.

Продуценты (от лат. producens – производящий, создающий) – это автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений. Иными словами, они ассимилируют неорганические ресурсы, образуя с помощью световой или химической энергии «упаковки» молекул органических веществ: углеводов, белков и других. Сегодня первичная биопродукция на Земле создается в клетках зеленых растений под воздействием солнечной энергии (фотосинтеза), см. рис.3.6, а также другими организмами: некоторыми бактериями, вследствие химических процессов (хемосинтеза).

 

Рис.3.6. Трофическая структура экологической системы: перенос энергии (пунктирная линия) и вещества – круговорот биогенов (сплошная линия) в природных экосистемах.

Примечание: трофический – от греч. trophe – пища.

 

Суть фотосинтеза состоит в том, что происходит увеличение свободной энергии в органическом веществе за счет преобразования энергии фотона солнечного света (hν) в энергию химических связей органического вещества. Усваиваемая энергия фотонов не переходит в тепловую, не рассеивается в пространстве, а в последовательной цепи химических реакций преобразуется в энергию химических связей синтезируемых органических веществ. Именно потому, что растения строят свой организм без посредников (тканей других живых организмов) их называют самопитающимися, или автотрофами.

Уравнение материального баланса фотосинтеза:

(3.1)

 

 

где h = 6,62·10^-34 Дж·с – постоянная Планка, ν – частота излучения, с^-1 (Гц).

В процессе фотосинтеза имеют место как фотохимические реакции, так и чисто ферментативные реакции и процессы диффузии, благодаря которым происходит обмен диоксидом углерода и кислородом между растениями и атмосферным воздухом. Каждый из этих процессов находится под влиянием внутренних и внешних факторов и может ограничивать продуктивность фотосинтеза в целом. По мнению Андерсона [2] общий к.п.д. утилизации солнечной энергии растениями составляет около 0,55 %, хотя теоретически возможны значения от 2 до 10 %.

Растительная масса формируется не только за счет продуктов фотосинтеза. Созданное в процессе фотосинтеза органическое вещество составляет 90÷95 % сухой массы урожая, остальные 5÷10 % формируются благодаря минеральному почвенному питанию, которое осуществляется одновременно с фотосинтезом [35]. Наряду с углеродом, кислородом и водородом, биомасса растений содержит в среднем 2÷4 % азота (в белковых веществах – 15÷19 %) [7]. Среди биоэлементов азот по количеству в растениях занимает четвертое место. В результате минерального питания растения получают многие необходимые элементы: в больших количествах – натрий, фосфор, серу, калий, кальций, а также микроэлементы – железо, марганец, цинк, медь, молибден, бор, хлор и другие. Эти элементы поступают от минералов, либо становятся доступными в результате минерализации органического вещества (см. рис.3.6). Химические элементы поглощаются в форме ионов и входят в состав растительной массы, накапливаясь в клеточном соке. В золе растений могут находиться все химические элементы, встречающиеся в литосфере [7].

При синтезе органического вещества бактериями источником углерода является диоксид углерода (СО₂), а источником водорода – либо молекулярный водород, либо водород, входящий в состав сероводорода или какого-либо иного неорганического вещества. Полагают, что именно хемосинтез бактерий был первым этапом развития автотрофности на нашей планете.

Пример реакций хемосинтеза осуществляемой пурпурными и зелеными бактериями, при поглощении солнечной энергии:

(3.2)

Некоторые сине-зеленые водоросли синтезируют углеводы в отсутствие света, получая энергию за счет окисления сероводорода (H₂S) или серы (S) до сульфат-иона (SO₄^2-). Высвобождаемая энергия используется для превращения диоксида углерода в глюкозу.

Особую группу хемосинтетиков образуют так называемые нитрифицирующие бактерии. Они получают необходимую энергию за счет окисления таких соединений как аммиак (NH₃), водород (Н₂), соединения железа (II) [Fe²⁺], без участия солнечной энергии. Например, бактерии нитрозомонас окисляют аммиак до азотистой кислоты (HNO₂), которая далее превращается в азотную (HNO₃) с участием нитробактера:

(3.3)

(3.4)

Существуют также бактерии, способные образовывать свое вещество в процессе окисления двухвалентного железа до трехвалентного с последующим использованием энергии на преобразование диоксида углерода (железо – или ферробактерии).

Животные, в отличие от растений и бактерий, не могут осуществлять реакции фото- и хемосинтеза, вынуждены использовать солнечную энергию опосредованно – поедая органическое вещество, созданное фотосинтетиками.

Консументы– это гетеротрофныеорганизмы, питающиеся органическим веществом других организмов. Консумент – от лат. consumo – потребляю. Консументами являются все животные, часть микроорганизмов, паразитические и насекомоядные растения [35]. Консументы 1 порядка питаются растениями (см. рис. 3.6). Консументы 2 порядка преимущественно питаются растительноядными организмами – плотоядные, первичные хищники (см. рис. 3.6). Консументы 3 порядка питаются, в свою очередь, более слабыми хищниками и так далее.

Завершают трофическую цепь (цепь питания) редуценты. Редуценты или деструкторы, частный случай гетеротрофов, это организмы – консументы, которые в ходе своей жизнедеятельности превращают органические остатки в неорганические вещества. Редуцент – от лат. reducens – возвращающий. Деструктор – от лат. destructio – разрушение. Редуцентами являются бактерии, грибы, некоторые виды червей и другие. При решении вопроса является ли данное высокоорганизованное животное, питающееся падалью, редуцентом, необходимо проанализировать химический состав его экскрементов. Если они содержат в основном простые неорганические вещества, то это редуцент. Желудочный сок некоторых гиеновых и грифов способен растворить шерсть и кости трупов животных, что, безусловно, свидетельствует об их принадлежности к редуцентам. Эти животные крайне полезны как естественные санитары, поскольку в их экскрементах нет «недоваренных» органических остатков, необходимых для питания болезнетворных (патогенных) видов бактерий.

Чрезвычайно важна роль грибов в естественных экосистемах. Известно около 100 тысяч видов грибов, в том числе свыше 100 видов, плодовые тела которых съедобны. Грибы в лесных экосистемах эффективно перерабатывают опавшие листья, безжизненные сучья и стволы деревьев. 200 видов грибов питаются бумагой, способны в течение 3 месяцев «переработать» от 10 до 60% волокон бумаги, в результате чего прочность бумаги снижается на 50%. При определенных условиях грибы уничтожают 10-30% заготовлений древесины. Некоторые грибы паразитируют на насекомых и других грибах. Патогенные грибы вызывают болезни растений, животных человека. Известен род паразитических грибов-фитифтора. Многие представители этого рода возбудители заболеваний (фитофторезов) различных сельскохозяйственных культур: картофеля, томата, пальм, какао, цитрусовых и многих других. Люди применяют грибы (дрожжи) при выпекании хлеба и в пивоварении. Многие виды плесневых грибов используют в микробиологической промышленности для получения витаминов, антибиотиков, ферментов, стероидных гормонов.

Многие грибы в природе вступают в симбиоз с корнями высших растений. Другие объединены с водорослями в сложные организмы – лишайники.

Редуценты формируют химический состав почвы. Почвенные грибы и бактерии играют основную роль в образовании гумуса, определяющего плодородие почвы. Гумификация не только разложение, но и синтез органических веществ. В состав гумуса входят гуминовые кислоты, фульвокислоты, гумин и ульмин – органические вещества, содержащие основные элементы питания растений. Понятие «гумус» исключает живые организмы и их остатки, не утратившие тканевую структуру [33]. Плодородие почвы определяет наличие гумуса в сочетании с бактериями. Чернозем содержит, например, до 2,5 млрд. бактерий в 1 г., в то время как подзолистые почвы содержат до 0,6 млрд. бактерий [9]. Потеря гумуса ведет к потенциальной опасности полного истощения почв и опустыниванию. Максимальные величины накопления гумуса характерны для черноземов – в среднем 500 т/га, а минимальные – для сероземов – 40 т/га [10]. Общие запасы гумуса в 1-метровом слое почв мира составляют 2561·10⁹ т (2561 млрд. т) [10]. В процессе обработки почв происходит уменьшение содержания гумуса, поэтому для восполнения его потерь в обрабатываемые земли вносят минеральные и органические удобрения.

Редуценты, разрушая мертвые организмы, упрощая их структуру до несложных неорганических химических соединений, доступных для питания продуцентов, тем самым замыкают биологический круговорот биогенов. В противном случае за миллионы лет ассимиляции фотосинтетиками биогенов, они были исчерпаны, связаны в мертвой органике.

Под биогенами мы понимаем вещества и, прежде всего, химические элементы необходимые для существования живых организмов, составляющие живую материю. Биогенами например являются атомы углерода (С), водорода (Н), азота (N), кислорода (О), фосфора (Р), серы (S). Вспомните химические структурные формулы аминокислот, белков, углеводов, жиров, (ДНК), (РНК), аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Приведенный ранее рис.3.6 также иллюстрирует биотический (биологический) круговорот биогенов в природной экосистеме.

На молекулярном уровне биотический круговорот биогенов – химических элементов можно характеризовать цепочкой биохимических превращений. Например, рис. 3.7 характеризует круговорот биогена – атома углерода С*.

Сопоставьте рис.3.6 и рис.3.7. Данный атом углерода С* через некоторый промежуток времени вновь будет связан посредством фотосинтеза в живой материи и пройдет новый биотический цикл, более короткий, или более длинный (например, войдет в состав тел консументов III и IV порядков. Возможно вхождение С* и в состав минерала (известняка: СаСО₃ – рис.3.7: п7), СаСО₃ со временем может быть преобразован в СаО с выделением СО₂ в атмосферу (см. пунктирная стрелка на рис.3.7).

 

 

 

Рис. 3.7. Биотический круговорот атома углерода как последовательность химических превращений

 

В этом случае говорят о биогеохимическом круговороте (цикле) – круговороте химических веществ (в нашем случае С*) из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии или энергии химических реакций. Продолжительность биогеохимического круговорота углерода в среднем составляет 8 лет, азота – 100 лет, кислорода – до 2,5 тыс. лет [35]. Из сказанного понятно, что наибольший интерес для экологического мониторинга представляет биогеохимический круговорот углерода. Биогеохимический круговорот невозможен без биологического (биотического) круговорота, представляющего собой непрерывный процесс создания (Р₍₊₎) и деструкции (Р_(-)) органического вещества. Последний реализуется при участии представителей трех групп организмов: продуцентов, консументов, редуцентов, обеспечивая бесконечность жизни на Земле в историческом масштабе. Движущей силой биотического круговорота является энергия Солнца.

На начальной стадии биотического круговорота, основанного на выполнении энергетической функции зелеными растениями, происходит аккумуляция солнечной энергии в виде органических веществ (см. рис.3.7: п.1), синтезируемых растениями из неорганических соединений – углекислого газа, воды, азотсодержащих веществ, зольных элементов питания. Параллельно имеет место дыхание растений, при котором часть ассимилированного при фотосинтезе органического вещества окисляется до СО₂ и Н₂О и возвращается в атмосферу (на рис.3.7 не показано).

Второй существенный процесс расходования органического вещества и накопленной в нем энергии – это потребление растений консументами I порядка – растительноядными животными (рис.3.7: п.2). При этом происходит изменение в чередовании аминокислот в белке – создание собственного белка 1 животным. Запасаемая фитофагами (от греч. phiton – растения + phagos – пожиратель) с пищей энергия также в значительной мере расходуется на дыхание, жизнедеятельность, размножение, выделяется с экскрементами.

Растительноядные животные являются пищей для плотоядных животных – консументов более высокого трофического уровня (см. рис.3.7: п.3). Консументы II порядка расходуют накопленную с пищей энергию по тем же каналам, что и консументы I порядка. Число трофических уровней, образуемых хищными животными, обычно не превышает 3-4, так как в связи с большими тратами энергии численность и биомасса животных на более высоких трофических уровнях становится все меньше.

Таким образом, продуценты образуют первый трофический уровень (уровень питания), консументы I порядка – второй трофический уровень, консументы II порядка – третий трофический уровень и т.д. Пищевые уровни и цепи не изолированы друг от друга, а тесно переплетены – они составляют пищевые сети.

Каждое звено экологической системы поставляет в окружающую среду органические остатки (рис.3.7: п.4), которые служат источником пищи и энергии для редуцентов (рис.3.7: п.5 и п.6) и для животных – сапрофагов, питающихся трупами других животных, гниющими остатками, навозом. Сапрофаг – от греч. sapros – гнилой + phagos – пожиратель. Завершающим этапом превращения органического вещества являются процессы гумификации и далее окисления гумуса до СО₂ и минерализации зольных элементов, которые вновь возвращаются в почву (рис.3.7: п.5 и п.7) и в атмосферу (рис.3.7: п.6), обеспечивая растения питанием (рис.3.6 и рис.3.7: п.1).

Эффект рассеяния энергии при переработке биомассы живыми организмами отражают в виде экологических пирамид. Различают экологические пирамиды численности, биомасс, энергии. Пирамида численности – это количество отдельных организмов по трофическим уровням данной экологической системы (прежде всего природной). Причем численность особей при движении от продуцентов к консументам различного порядка в природных наземных экосистемах значительно уменьшается. Пирамида биомасс – соотношение между продуцентами, консументами (первого, второго и других порядков) и редуцентами в экосистеме, выраженное в их массе и изображенные в виде графической модели. В наземных экосистемах масса продуцентов (на единицу площади и абсолютно) больше, чем консументов II порядка и т.д., поэтому графическая модель имеет вид пирамиды. В некоторых водных экосистемах, отличающихся исключительно высокой биологической продуктивностью продуцентов, пирамида биомасс может быть обращенной, т.е. биомасса продуцентов в них меньше, чем консументов, а иногда и редуцентов. Любая биомасса заключает в себе огромное число химических связей, наличие их иллюстрирует рис.3.7, при определенных условиях, химические связи, изменяясь, создают потоки энергии. Нам со школьной скамьи известно, что при биохимическом расщеплении 1 г жира выделяется 9 ккал (37,7 кДж) энергии, при расщеплении 1 г белка или углевода выделяется 4 ккал (16,7 кДж) энергии. Таким образом, зная массу и биохимический состав тела любого живого организма, его можно характеризовать энергетической величиной, тем более что в природе благополучие сообществ во многом определяют пищевые энергетические ресурсы, наличие жертв в должном количестве. Таким образом, наиболее универсальна экологическая пирамида энергии, в которой представлено количество энергии, заключенной в каждом из трофических уровней экосистемы или количество проходящей через эти уровни энергии. Сказанное проиллюстрируем примерами из работы Т.А. Деминой [20]. Для образования 1 кг говядины необходимо примерно 90 кг растительной массы. Не случайно, что в странах с очень высокой плотностью населения, например в Азии, традиционной является растительная пища: рис. Пример пирамиды энергии представлен на рис.3.8.

Перераспределение энергии и биомассы при переходе с одного трофического уровня на другой, можно представить схематично, на основании данных работы [7] – см. рис. 3.9.

 

Рис. 3.8. Энергетический вариант экологической пирамиды

для агробиоценоза (агроценоза)

Масштаб логарифмический

 

 

 

Рис. 3.9. Модель потока энергии на двух трофических уровнях: продуцентов и консументов I порядка

 

Пояснения к рис.3.9: L_A – световая энергия, поглощенная растениями; P_G – валовая первичная продукция; P_N – чистая первичная продукция; NU – не использованная энергия (остатки пищи, которые впоследствии потребляют редуценты или сапрофаги); NA – неассимилированная энергия (выделения «непереваренной» пищи, которые также утилизируют редуценты или сапрофаги); Р₁ – вторичная продукция консументов I порядка; R – энергия дыхания. Все величины: L_A; P_G; P_N; NU; NA; P₁; R имеют одну и ту же размерность: Дж/м².

Валовая первичная продукция (P_G) – это все органическое вещество накопленное в результате фотосинтеза, включая и ту его часть, которая будет впоследствии израсходована на дыхание растений (вследствие окислительных процессов). Чистая первичная продукция (P_N) – это органическое вещество, накопленное в растительных тканях за вычетом той ее части, которая будет использована на дыхание растений (R): P_N = P_G – R. То есть P_N – это та продукция, которая может быть употреблена на питание организмами следующего трофического уровня. Аналогично и Р₁ – вторичная продукция консументов I порядка, которая может быть употреблена на питание консументами II порядка. Часто употребляют термин продуктивность. Продуктивность – это скорость накопления биовещества, т.е. продукция отнесенная к промежутку времени. Единицы измерения продуктивности в нашем случае: Дж/м²·с или Вт/ м² (поток энергии). В экологической практике в качестве меры биологической продуктивности любых сообществ растений и животных (лугов, лесов, болот и пр.) принимают величину продукции, по сути оба понятия совпадают и их выражают в одних и тех же единицах, например: Дж/м²×с.

Исходя из изложенного, урожай в общепринятом смысле – это чистая первичная продукция, не потребленная гетеротрофами за вегетативный период (В):

В = P_G – R – (P₁ + P₂ + …) (3.5)

где Р₁, Р₂, … - вторичная продукция консументов, Дж/м². Остальные пояснения см. в тексте выше.

В целях получения большего выхода полезной продукции, человек может воздействовать на каждый из членов равенства (3.5). Во-первых, он может вкладывать энергию и усилия в увеличение валовой первичной продукции (P_G), что подразумевает селекционную работу, или создание генетически модифицированных (трансгенных) живых организмов. И здесь очень важна роль биоразнообразия. Данный путь требует высокого научного потенциала и длительного времени. Во-вторых, человек может компенсировать затраты растений на дыхание R, вкладывая энергию в форме работы сельскохозяйственных машин и в производство удобрений. Этот путь экономически более выгоден, но экологически он дороже, чем предыдущий, т.к. вызывает загрязнения и другие нарушения среды. В-третьих, человек может способствовать уменьшению вторичной продукции (Р₁, Р₂, …). Экологически данный путь наиболее дорогостоящ, т.к. борьба с насекомыми, вредящими сельскому хозяйству связана не только с загрязнением среды пестицидами, но и с уменьшением видового разнообразия и, следовательно, нарушением устойчивости агробиоценозов (агроценозов).

В наиболее стабильных природных сообществах имеет место баланс между P_G; R и (R₁ + R₂ …), т.е. В → О:

P_G = R + P₁ + P₂ + …= R + R₁ + R₂ + R₃… (3.6)

Все воспроизведенное за год органическое вещество расходуется на дыхание и утилизируется консументами различных порядков. В этом балансе заключен смысл противоречия между хозяйственными устремлениями человека и стратегией развития природы. Человек заинтересован в повышении годового выхода чистой продукции сообщества, а стратегия развития любой экосистемы направлена на то, чтобы не только произвести за годовой цикл как можно больше, но за это же время и потребить все произведенное. Однако равенство между приходом и расходом явление редкое. Оно соблюдается для наиболее стабильных сообществ, в частности в тропической зоне. При этом возникают объективные трудности для развития сельского хозяйства. Человек, выжигая тропический лес, надеется получить на освободившейся территории высокие урожаи. Однако почвы на обнаженной территории в течение нескольких лет утрачивают плодородие. Вся годовая продукция росшего на этом месте леса потреблялась различными консументами и в почвах было мало отложений.

В отдельных случаях при избытке валовой первичной продукции происходит накопление непотребленного органического вещества, например, в форме каменного угля, горючих сланцев, сухих листьев и т.д. Несбалансированность прихода и потребления энергии (биомассы) имеет серьезные последствия для экосистемы.

Установлено, что при каждом переходе на следующий трофический уровень затраты энергии на формирование биомассы составляют около 1÷10 % от общего доступного потока. Исходя из этого положения, можно получить более абстрактную схему – см. рис.3.10.

 

 

 

Рис. 3.10. Экологическая пирамида: общие закономерности

 

На рис.3.10: S – редуценты; Р – продуценты; С₁, С₂, С₃, С₄ – консументы 1, 2, 3 и 4 порядка.

Следствием эффекта рассеяния биоэнергии при движении по трофическим уровням от продуцентов к консументам высоких порядков является ограничение пищевых цепей.

Наличие круговоротов биогенов накладывает определенные ограничения на деятельность людей.

Биотические круговороты веществ свидетельствуют о том, что функционирование природных биоценозов не основано на потреблении ресурсов окружающей среды. Сама окружающая среда приготовлена во многом живыми организмами и поддерживается ими в оптимальном для жизни состоянии. Строго говоря, нет в биосфере и биоресурсов, т.к. любой вид продукции живых организмов компенсируется ее деструкцией, и оба процесса основаны на переработке материалов, создаваемых самими организмами (см. рис.3.6). Свободное конкурентное взаимодействие особей в сообществе (биоценозе) служит цели удаления из биосферы распадных – не конкурентоспособных особей (видов-разрушителей), нарушающих существующие условия окружающей среды.

В.Г. Горшков [16] определил, что потребление цивилизации не должно превышать 1 % чистой первичной продукции (P_N) биосферы в глобальном масштабе. То есть люди не должны потреблять более 1% от общей массы (выраженной в килограммах) различных видов дикорастущих растений суши, включая древесину, используемую для строительства жилья, отопления, производства бумаги и т.п., болотных растений и других. Численное значение – 1% получено В.Г. Горшковым в результате анализа и данных глобального мониторинга по потреблению продукции растительности суши различными сообществами живых организмов. На суше около 90% чистой первичной продукции (Р_N) потребляют редуценты: бактерии и грибы с размером тела 10^-6-10^-4 м. Около 10% Р_N потребляют малоподвижные черви, моллюски, членистоногие (среди последних насекомые потребляют до 7%). Размеры этих организмов 10^-4-10^-2 м. Все быстро передвигающиеся позвоночные животные (хордовые) размером от 10^-2 до 2 м потребляют не более 1% Р_N. Также эти животные не играют заметной роли в биосферной энергетической системе, однако используются биосферой для долговременной тонкой настройки (на рис.3.6 – консументы II порядка). Таким образом, человечеству как популяции крупных организмов дозволено использовать лишь 1% чистой первичной продукции (Р_N).

Сообщества – самые сложные виды биологической скоррелированности. Возникновение сообщества связано толькос необходимостью замкнутости круговорота веществ и стабилизации условий окружающей среды. Смысл жизни отдельной особи каждого биологического вида не заключается в простом существовании в окружающей среде, приспособлении к ней и использовании ее ресурсов. Из всех возможных видов существовать в земных условиях, отобраны только те виды, которые могут производить необходимые действия в рамках своих сообществ по выполнению определенной работы по стабилизации окружающей их среды. Механизм такого отбора подробно описан в [15]. В естественном сообществе не могут присутствовать «виды-разрушители», которые разрушили бы скоррелированность сообщества и лишали бы его способности регулировать окружающую среду. Особи таких видов использовали бы биоценозы и окружающую среду как собственный ресурс, не заботясь о последствиях. Последствиями же явились бы разрушение сообщества, прекращение биотической регуляции и искажение окружающей среды. Сопровождающая эти процессы потеря конкурентоспособности таким сообществом привела бы к вытеснению его (вместе с видом разрушителем) нормальными сообществами, не содержащими таких видов. Стратегия на работу по стабилизации окружающей их среды у передвигающихся животных генетически запрограммирована в системе положительных и отрицательных эмоций [15]. Возможность выживания каждой особи заключена в том, чтобы следовать положительным эмоциям и избегать отрицательных. Тактическое разнообразие проявления этой стратегии корректируется памятью, накопленной в течение жизни. У человека тактическое воплощение обсуждаемой стратегической программы положительных и отрицательных эмоций сильно искажено наличием культуры. При этом смысл плотской (биологической) жизни человека не может отличаться от смысла жизни остальных живых существ в природе. Очевидно, что генетические корни видов-разрушителей имеются у современного цивилизованного человека. Внешне это выражено у многих индивидов в эстетическом наслаждении картинами взрывов, аварий, пожаров, пристрастии к наркотикам и пр. Учитывая рост численности популяции людей и то, что их экономическая деятельность перерастает в глобальное разрушение всей биосферы, угрожающее устойчивости жизни на Земле, сегодня актуальна корректировка культуры человечества в целом на основе научных данных экологии. Основная работа, выполняемая человеком, должна быть направлена не на экстенсивное развитие цивилизации, а на сохранение естественных сообществ в невозмущенном до определенного порога состоянии. Дополнительные данные о пороговых значениях хозяйственной деятельности людей представлены в конце данного раздела, а также в разделе 4 настоящей работы.

Редуценты являются стабилизирующим фактором биосферы. Не исключено, что откликом на избыточный дополнительный антропогенный поток биогенов может явиться массовая мутация микроорганизмов в направлении уничтожения «возмутителя равновесия» – человека (биол. вид Homo Sapiens), и как следствие, массовые эпидемии новых, до сих пор неизвестных заболеваний людей. Отсюда понятна роль мониторинга при анализе степени замкнутости биотических круговоротов. Их разомкнутость приводит к возмущениям, и в биоценозах, и в экотопе, что опасно для человечества в целом. Более подробно обсудим понятие «возмущение» экосистем ниже.

Подводя итог сказанному, отметим, что функционирование экологических систем вполне соответствует второму закону термодинамики и принципу Ле Шателье.

Напомним формулировку второго закона термодинамики: энтропия изолированной термодинамической системы может только возрастать или по достижении максимального значения оставаться постоянной. Энтропия – мера неупорядоченности. Рассеяние энергии в трофических уровнях экосистем, свидетельствует возрастании энтропии. Однако экосистемы, включая биосферу – не изолированные системы, поскольку внешним первоисточником их функционирования является поток солнечнойэнергии. Важно соблюдать согласованность между потоком солнечной энергии и замкнутостью биогеохимических циклов.

Второй закон термодинамики связан с принципом стабильности: любая естественная система с проходящим через нее потоком энергии склонна развиваться в сторону устойчивого состояния, и в ней вырабатываются саморегулирующие механизмы [7]. В случае кратковременного воздействия на систему извне эти механизмы обеспечивают ее возврат к устойчивому состоянию. Когда оно достигнуто, перенос энергии обычно идет в одном направлении и с постоянной скоростью. В качестве меры термодинамической упорядоченности экосистем предложен показатель (W).

 

(3.7)

где R – энергия, затрачиваемая в экосистеме на дыхание, Дж; В¢ – энергия, заключенная в структуре биомассы системы, Дж.

Чем больше W, тем упорядоченнее экосистема, поскольку энергия выводится за пределы системы и имеет место самоорганизация по принципу обратной связи.

Принцип Ле Шателье: если на равновесную систему оказать воздействие, изменив условия, равновесие в системе сместится так, чтобы уменьшить эффект оказываемого воздействия. Этот принцип основанный на моделях неживой природы, справедлив и для условно-равновесных природных систем, в том числе экологических, подтверждение тому направление динамических процессов в экологических системах.

 

Самоорганизация экосистем

Гомеостаз, сукцессии, состояние климакса

Процессы, протекающие в экосистеме очень разнообразны. В ней осуществляются жизненные процессы, связанные с переходом вещества и энергии с одних… Гомеостаз – состояние внутреннего динамического равновесия природной системы,… Гомеостаз обеспечивается механизмами обратной связи. Принцип обратной связи заключается в том, что некоторый…

Рис. 3.14. Примеры типов динамики популяций

 

Пояснения к рис.3.14: а – j – образная кривая экспоненциального роста; d - S – образная кривая (логистическая); в – экспоненциальный рост до определенного предела с последующим спадом численности (колоколообразная кривая); М и К – нижний и верхний пределы численности популяции, соответственно.

Теоретически прирост численности популяции в нелимитированной какими-либо факторами среде характеризуется экспоненциальным законом и описывается так называемой j-образной кривой (неограниченный все ускоряющийся прирост). При этом прирост r зависит от некоторой исходной численности N₀. Поскольку особи не только рождаются, но и умирают, имеем r =Р-С (где Р – рождаемость, С – смертность). При r =const скорость роста пропорциональна начальной численности N₀

(3.8)

Численность в любой момент времени t

(3.9.)

Этот закон идеализированный. В реальных условиях беспредельный экспоненциальный рост численности популяций невозможен. Всегда существуют некоторые предельно высокая (К) и предельно низкая (М) численности (плотности) популяции для конкретной экосистемы. По достижении некоторой максимально высокой численности в действие вступают ограничительные механизмы, например: дефицит пищи, заболевания, поражение паразитами и т.д. В этом случае возможны два варианта дальнейшей динамики данной популяции.

Первый вариант – численность стабилизируется (рис.3.14: б) и в целом ее динамика характеризуется так называемой логистической (S-образной) кривой. Уравнение в этом случае имеет вид:

(3.10)

Отношение отражает «сопротивление» среды, под которым понимают совокупность факторов, препятствующих неограниченному росту численности популяции.

Второй вариант – после достижения предела К наступает массовая гибель особей, возвращающая численность популяции к некоторому нижнему пределу М (см. рис.3.14: в), после чего нарастание может начаться вновь. Подобные колебания численности с правильной периодичностью типичны для многих живых организмов (вспомните, например, ежегодное «цветение» воды).

На практике в ряде случаев необходимо знать, какое количество особей в популяции «вредителей» выживет в конце вегетационного периода (периода года, в который возможен рост и развитие растений в данных климатических условиях), с тем, чтобы сделать прогноз опасности размножения на следующий год, предсказать возможный ущерб и запланировать защитные мероприятия в сельском или лесном хозяйстве. Именно выживаемость и характеризует жизненное состояние популяции.

Исследования динамики выживаемости беспозвоночных животных позволили вывести следующий фундаментальный закон выживаемости: численность особей в данном поколении популяции в любой момент времени является функцией только начальной численности N₀ и времени t, прошедшего с начала развития поколения: .

Нахождение явного вида данной функциональной зависимости для конкретных условий – задача научных исследований.

Отметим, что популяциям организмов-консументов свойственны широкие и относительно быстрые флуктуации (колебания) численности. Популяции продуцентов-фотосинтетиков относительно стабильны. Многие животные имеют тенденцию к более или менее регулярным изменениям численности, с определенной периодичностью, повторяемостью. Амплитуда численности может быть исключительно широкой. Так численность некоторых видов саранчи периодически увеличивается в тысячи раз. При этом могут происходить массовые перемещения (миграции) на большие расстояния. Ряду растениеядных насекомых свойственны периодические вспышки массовых размножений популяций в лесных экосистемах, при этом личинки почти наголо съедают ассимиляционный аппарат фотосинтетиков (листья, хвою). Иногда после таких повреждений деревья погибают. Исследования динамики численности популяций рыси в Северной Америке выявили периодические (через 9-10 лет) увеличения численности, следовавшие за ростом численности популяции зайца-беляка, являющегося основным кормом рыси. Такие флуктуации с правильной периодичностью называют осциляциями. Популяции многих видов имеют примерно постоянный уровень численности и плотности с незначительными изменениями во времени. При сукцессии динамика популяции имеет вид логистической кривой, идущей из начала координат (при t = 0 имеет место иммиграция организмов из соседних областей); верхний пологий, переходящий в горизонталь, участок кривой можно принять за установление климакса.

Колебания численности животных в природных и антропогенных экосистемах имеют большое значение для людей. В период массовых размножений насекомых в лесах или на сельскохозяйственных культурах; в случаях резких возрастаний численности грызунов (мышей, крыс) в населенных пунктах, наносится существенный ущерб приросту древесины, урожаю, запасам продуктов. Поэтому перед человеком периодически встает задача борьбы с «вредителями», для чего требуются затраты энергии и материалов. Важно своевременно предвидеть вспышку размножения той или иной популяции в конкретной экосистеме для предотвращения ущерба. Для достоверного прогнозирования изменений численности живых организмов, необходимо знать причины, по которым они происходят и закономерности развития. Первопричинами являются динамические во времени и в пространстве экологические факторы.

Теории динамики популяций

Теории динамики популяций, целью которых является прогнозирование динамики и управление численностью, подразделяют на две большие категории:…   Таблица 3.1

Функционирование природных (естественных)

Экосистем и качество жизни людей

Нормальное качество жизни людей поддерживается стабильным функционированием природных экологических систем. Под качеством жизни понимаем… Компонентный и количественный состав приземного воздуха сегодня обусловлен… В очистке вод, загрязненных биогенами, а также нефтью, решающая роль принадлежит бактериям – редуцентам.

Вопросы для самостоятельных занятий к разделу 3

1. Поясните своими словами определение жизни (биологическое).

2. Какова связь между белком и полипептидом?

3. Поясните следующие термины: геном, генотип, генофонд.

4. Какова роль нуклеиновых кислот в живом организме?

5. Какова роль транскрипции и трансляции в передаче наследственной информации?

6. Какие функции выполняют белки в живом организме?

7. Обсудите основные признаки живых организмов.

8. Сколько различают уровней организации живой материи?

9. Как классифицируют живые организмы?

10. Представители каких царств формируют микробоценоз, фитоценоз, зооценоз?

11. Из каких компонентов состоят экологические системы?

12. Приведите примеры экологических систем.

13. Приведите примеры взаимодействий между живыми организмами, между организмами и компонентами окружающей неживой среды.

14. Приведите синоним слова «трофический».

15. В чем различие между продуцентами и консументами?

16. Какие организмы называют редуцентами?

17. Приведите пример трофической цепи с указанием конкретных живых организмов и их трофическую принадлежность. Обратимы ли потоки массы и энергии в этой экологической цепи?

18. Приведите примеры биогенов.

19. Что такое экологическая пирамида?

20. Какие типы экологических пирамид Вам известны?

21. На что расходуется энергия потребленной пищи?

22. Приведите математическую корреляцию между валовой первичной продукцией (Р_G), чистой первичной продукцией (Р_N) и дыханием растений (R).

23. Основываясь на экологическом понятии урожая, объясните, в чем заключено противоречие между хозяйственными устремлениями людей и стратегией развития природы.

24. В чем заключен смысл образования сообществ живых организмов с экологических позиций?

25. Какие ограничения на потребление цивилизации накладывает необходимость сохранения биотических круговоротов веществ?

26. Какова роль отрицательных и положительных обратных связей в поддержании гомеостаза экологических систем?

27. Какова роль «помех» в эволюционном процессе?

28. Проиллюстрируйте единой кривой сукцессию, климакс, гомеостаз. Какие переменные отложите на координатных осях?

29. Какие из биомов наиболее устойчивы к внешним помехам?

30. Почвы каких биомов отличаются высоким плодородием, а каких – низким?

31. Плодородие почв каких биомов выше: тропических лесов или степей?

32. Какова роль тропических лесов в функционировании биосферы?

33. Каковы отличительные черты продуцентов морских экосистем?

34. Можно ли улучшить природу в зонах покоя, практически не охваченных деятельностью человека?

35. Каков порядок показателя разомкнутости биотических круговоротов в природных экологических системах?

4. ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ОБЩЕСТВА И ПРИРОДЫ

Антропогенное воздействие на природу

Экологические особенности человека

Нормальное функционирование организма в соответствии с перечисленными в разделе 3 свойствами, или нарушение его вплоть до потери того или иного… Свойства живых организмов реализуются и проявляются через взаимоотношения. В…   Культура Социальная (общественная составляющая) Психическая составляющая …

Таблица 4.1.

Динамика численности населения Земли

  Прирост численности людей обусловлен не естественным состоянием кормовой базы,… Человек имеет свою, только ему присущую, экологическую нишу, выработанную в процессе эволюции. Как биологический вид,…

Экологические проблемы человечества

 

Природно неоправданный рост численности людей (экологическая проблема №1) ведет к целой череде производных явлений, охватывающих как экологию самого человека, так и множества других живых организмов. Объединим эти явления названием «экологические проблемы человечества» и проиллюстрируем схемой – см. рис.4.1.

Рис. 4.1. Экологические проблемы человечества

 

Поясним приведенную схему.

Голод. Среднестатистический человек при массе тела 67 кг в возрасте 18-29 лет для нормальной жизни должен получать в сутки в среднем 10,5 МДж (2500 ккал) энергии и 65 г белков, в том числе 50% белков животного происхождения. По уровню экономического развития в мире, выделяют три группы стран: развитые, развивающиеся и страны третьего мира. Эксперт ФАО И.Клатуманн предлагает различать четыре группы населения по различию в питании [27]:

- 1 группа – население экономически развитых стран (24%) явно переедает, потребляя излишне много высококалорийных продуктов животноводства. Откуда инфаркты, рак и некоторые другие заболевания, называемые болезнями цивилизации;

- 2 группа – население питается удовлетворительно (25%), при потреблении 10÷12,55 МДж энергии и 40 г животного белка;

- 3 группа – население питается плохо, но достаточно для выживания (25%), при потреблении 10,5÷12,5 МДж энергии и 10÷25 г животного белка (аборигены Африки, Океании);

- 4 группа населения (26÷30%) – энергоемкость их питания находится на грани жизни и смерти.

При потреблении ниже 8,4 МДж и менее 10 г животного белка – зона абсолютного голода; при энергоемкости суточного питания среднестатистического человека 10,4 МДж и 15 г животного белка – зона ежедневного недоедания. Ныне недоедает около 1,7 млрд. чел, более чем в 120 странах, в том числе дети [27].

Голод в мире носит в большей мере не биологический, а социальный характер. В Африке, Латинской Америке, Южной и Юго-восточной Азии, в странах третьего мира суточное потребление белков растительного происхождения составляет 50% от экономически развитых стран, а животного происхождения в 10 раз меньше. В то же время 90% прироста населения приурочено к развивающимся странам и странам третьего мира, что крайне осложняет их экономическое развитие и обеспечение продовольствием. Выход из создавшегося положения по современным представлениям – это, прежде всего, повышение образовательного уровня в сельских местностях указанных государств и оказание гуманитарной помощи.

Угроза применения оружия массового уничтожения. К оружию массового уничтожения отнесено ядерное, химическое и биологическое оружие. Исследования ученых ряда стран мира (России, США, Канады, Англии, Германии и др.) позволили установить, что при ядерной войне, наряду с огромной радиацией, в атмосферу поступит огромное количество аэрозолей, из которых большая часть достигнет стратосферы. Наличие в атмосфере огромного количества аэрозолей (миллионы тонн), газообразных примесей приведет к уменьшению притока солнечных лучей к земной поверхности и к понижению температуры воздуха на всей планете («Ядерная зима»). Крупный ядерный конфликт, при суммарной мощности взрывов от 5000 Мт в тротиловом эквиваленте, коренным образом повлияет на климат в виде наступления темноты («Ядерная ночь»), изменит глобальную циркуляцию воздуха и т.д. [9]. Следствиями этого будут: прекращение процесса фотосинтеза, вымораживание и уничтожение растительности на огромных территориях, гибель посевов сельскохозяйственных культур и в конечном итоге гибель человеческой цивилизации. К сказанному добавим, масса людей сразу погибнет от ударной волны, ожогов и смертельной дозы радиации. В работе [27] высказано мнение, что при взрыве ядерных зарядов до 100÷150 Мт (подводная лодка несет до 200 Мт) «ядерная зима» продлится несколько месяцев. В условиях современного мира, помимо обеспечения обороны, необходимо принимать меры против угрозы ядерного шантажа и терроризма. Актуальна и проблема переработки радиоактивных отходов. В связи с отсутствием в России необходимых технических средств переработки радиоактивных отходов с 1960 по 1992 год производился их сброс с атомных подводных лодок и надводных кораблей в море. В 1992 году в Северные моря сброшено 3066 м3 жидких радиоактивных отходов; в дальневосточные моря – 3580 м3 жидких отходов и 2740 м3 твердых радиоактивных отходов [26]. На многих базах ВМФ радиоактивные отходы накапливаются прямо на открытых площадках [26].

Другим видом оружия массового уничтожения является химическое оружие. Россия обладает самым большим в мире арсеналом химического оружия: официально объявлено о 4·10⁴ т боевых отравляющих веществ, из них 3,23·10⁴ т составляют фосфороорганические отравляющие вещества нервно-паралитического, удушающего действия (зарин, зоман, VX-газ) и 7,7·10³ т – «старые» отравляющие вещества (люизит, иприт и ипритно-люизитовые смеси) [26].

Привлекательность производства и применения этого оружия заключается в простоте, дешевизне и высокой эффективности. В отличие от атомного оружия, где разрушаются все материальные ценности, при использовании химического оружия погибают только люди и другие живые организмы.

Во время ирано-иракского конфликта, в конце ХХ столетия, было применено химическое оружие. Есть документальные фотографии, на которых запечатлены результаты газовых атак: груды трупов с чудовищными следами поражения, мертвые дети в пыли на дороге – там, где их застало смертельное оружие.

Печальным примером массового терроризма является зариновая атака в токийском метро, в 90-е годы ХХ столетия, где погибло 11 человек и пострадало более 500. Этот акт: «конец света», был осуществлен членами секты «Аум Синрикё». Потенциальными статистами этого акта едва не стали все жители Японии. Доступность производства зарина подтверждается тем, что секта «Аум Синрикё» использовала знания и практику старшего лейтенанта японской армии.

В 1993 году разработана «Международная Конвенция о запрещении разработки и применения химического оружия».

Человечество всегда изощренно разрабатывало новые методы массового уничтожения себя, но истинных высот в этом оно достигло сейчас, разработав биологическое оружие и его новую разновидность – генетическое оружие, которое создают в наиболее развитых странах, например, в США. Также разработки биологического оружия осуществлялись в Иране, Ираке, Ливии, Сирии, в Северной и Южной Корее, в Тайване, Израиле, Египте, Китае и других. Базисом биологического оружия являются особые виды бактерий и вирусов, формы мутантные по механизму действия, а также комплекс средств воздействия на генетический код человека. В последние годы генетики обнаружили гены, определяющие эмоциональное поведение человека, его интеллектуальные способности и память, программирующие наступление биологической смерти и склонность к наркотикам и алкоголю. Призрак биологической войны, который в 90-х годах ХХ столетия проявился в ходе боевых действий в Персидском заливе, упрочил решимость мирового сообщества ужесточить контроль над возможным применением биологического и токсического оружия.

Загрязнение окружающей среды (продолжение пояснения схемы рис. 4.1) неизбежно сопровождает технический прогресс при росте численности населения. Мировой общественный продукт в период с 1950 по 1990 год вырос в 5 раз [17], что, несомненно, ухудшило экологическое состояние биосферы, поскольку при современных технологиях пропорционален и количественный рост загрязнений. Глобальное загрязнение биосферы приводит к увеличению генетического груза в популяции человека, связанному с мутационными эффектами ряда химических соединений (пестицидов, металлов, органических соединений и т.п.) и радиации [3], то есть возрастает число мутаций в популяции человека. Выявление влияния факторов окружающей среды на геном человека – актуальная проблема экологии человека [3]. Важно проанализировать пути возможных деградаций биологического вида Homo Sapiens в целях его сохранения.

К сожалению, почти все процессы горения, или воспламенения, сопровождаются выделением канцерогенного вещества – бенз(а)пирена, коптим ли мы мясо, жарим пирожки, курим. Синтез его происходит при перегонке угля, нефти, сланцев, при сгорании топлива в отопительных системах, двигателях внутреннего сгорания автомобилей, при сжигании бытовых отходов и т.д. При несоблюдении требуемого режима горения бытовых отходов образуется и другое, вызывающее рак вещество – диоксин. Недопустимо сжигание бытового или промышленного мусора (отходов) на дачных участках, на пустырях, в городских скверах и дворах. Мусор необходимо транспортировать на специализированные предприятия по переработке отходов или на полигоны захоронения отходов.

Химические формулы бенз(а)пирена и диоксина.

 

Последствиями загрязнения окружающей среды являются и такие глобальные эффекты, приводящие подчас к пагубным для жизни последствиям, как:

- кислотные дожди;

- уменьшение содержания стратосферного озона;

- парниковый эффект.

О механизме формирования кислотных дождей мы упоминали ранее, сейчас кратко обсудим их экологические последствия. Кислотность среды количественно оценивают по численным значениям водородного показателя, рН.

(4.1)

где - концентрация ионов водорода (Н⁺), измеряемая в единицах: моль/л.

Для нейтральной среды рН=7 или =10^-7 моль/л.

Если рН<7 – среда кислая, если рН>7 – щелочная.

Кислотные дожди отрицательно воздействуют на почвы, в частности при снижении рН ниже 5,0 начинается уменьшение их плодородия, а при рН=3,0, почвы становятся практически бесплодными. Особенно чувствительны к повышению кислотности обитатели водоемов. В пресноводных озерах, ручьях и прудах рН воды обычно составляет 6-7, и организмы адаптированы именно к этому уровню. Когда среда подкислена, яйцеклетки, сперма и молодь водных обитателей погибают.

В [9] приведена следующая информация: при рН<6,0 гибнут раки, улитки, моллюски; при рН<5,8 гибнут лосось, форель, плотва, а также некоторые представители насекомых, фито- и зоопланктона, при рН<5,7 гибнут сиг и хариус; при рН<5,2 гибнут окунь и щука; а при рН<4,5 гибнут угорь и голец.

Ущерб не ограничивается постепенной (на первом этапе взрослые особи живы, но нет молоди) гибелью водных организмов. Многие пищевые цепи, охватывающие почти всех диких животных, начинаются в водоемах. Прежде всего, сокращается популяция птиц, питающихся рыбой или насекомыми, личинки которых развиваются в водной среде.

Кислотные осадки вызывают деградацию лесов. Попадая на листья и хвою деревьев, они нарушают защитный восковой покров, делая растения более уязвимыми для насекомых, грибов и других патогенных организмов. Леса поражают насекомые-вредители, болезнетворные микроорганизмы. Во время засух через поврежденные листья испаряется больше воды, что приводит к истощению растения в целом.

На высотах 20-25 км, в стратосфере, имеет место повышенная концентрация озона (О₃), который защищает наземные организмы от губительного жесткого ультрафиолетового излучения Солнца в полосе от 220 до 290 нм [6]. Озоновый слой появился вместе с появлением в земной атмосфере кислорода, за счет диссоциации (распада) его молекул на атомарный кислород (О₂ → О + О). Озона в атмосфере очень мало, всего 4·10^-7 об. %. Если собрать весь озон атмосферы в один слой и опустить его на поверхность Земли, то толщина такого слоя, при нормальных условиях (при температуре 0^оС и давлении 760 мм рт.ст.), составит всего лишь 3 мм. Однако это количество озона полностью поглощает всю энергию ультрафиолетовой радиации Солнца, вплоть до 290 нм, вследствие химических и физических его особенностей. Кроме того, озон отражает инфракрасное излучение Земли, препятствуя ее охлаждению.

Отметим, что в небольших дозах ультрафиолетовое облучение, при длине волны: 280-400 нм способствует выработке в организме человека и животных витамина D₃ [6], регулирующего процесс кальциевого обмена, благоприятно для них. Более энергичное коротковолновое излучение, при длине волны короче 280 нм, оказывает противоположное действие. Резко увеличивается число заболеваний раком кожи, а также поражение сетчатки глаз у людей и некоторых высших животных. В случае истощения озонового слоя, биологи предсказывают резкое увеличение мутаций как фауны, так и флоры, включая сельскохозяйственные культуры растений и породы домашних животных. Под влиянием этих лучей происходит распад важнейших частей клетки. В ней формируются вещества, блокирующие процессы воспроизводства ДНК и синтез РНК. Особенно сильно отреагируют на излучение с длинной волны менее 280 нм простые организмы (бактерии, планктон), что приведет к плохо пока предсказуемым последствиям для всех представителей биосферы, ведь они являются основанием экологических пирамид.

Заметные изменения (в частоте заболеваний, вероятности мутации) должны начаться уже при длительном и глобальном уменьшении содержания озона даже на несколько процентов [19]. «Утоньшение» слоя озона даже на 1% может увеличить интенсивность эффективного излучения, приводящего к заболеваниям раком кожи людей; уменьшение на 1,5-2,5% может вызвать рост числа таких заболеваний на 10-20% [19].

Механизм «защитной работы» озона можно проиллюстрировать схемой:

 

О₃ + hν_уф = О₂ + О

О₂ + hν = 2О

О₂ + О + М = О₃ + М

Где hν_уф – энергия фотона ультрафиолетового (УФ) излучения, затраченная на разрушение О₃ и тем самым поглощенная озоном; М – любая частица, присутствующая в системе и необходимая для отвода энергии от образующейся молекулы О₃.

Неблагоприятные затраты озона характеризует уравнение:

О₃ + А = АО + О₂

Где А – агент, получившийся в результате деятельности людей, например: NO (образующийся при сгорании топлива); Cl (продукт распада фреонов).

Отразим сказанное в рисунке (рис.4.2.).

 

Рис. 4.2. Схема затрат стратосферного озона

hν_уф – энергия фотона ультрафиолетового излучения, преимущественно с длиной волны менее 280 нм.

 

В литературе употребляют термин «озоновые дыры», который означает, что в данном месте атмосферы содержание стратосферного озона понижено на 10-50 % и более, по сравнению с многолетней нормой.

По данным [9] всего в мире производится около 1,3^.10⁶ т озоноразрушающих веществ. Установлено, что выбросы сверхзвуковых самолетов могут привести к разрушению 10 % озонового слоя атмосферы, один запуск космического корабля типа «Шаттл» приводит к «гашению» около 10⁷ т озона [8], также велика роль в уменьшении стратосферного озона фреонов (хлорфторуглеродов) [10].

В 2000 г исполнилось 15 лет со времени принятия Конвенции по защите озонового слоя от воздействия антропогенных выбросов фреонов. США и Россия осуществляют совместные работы в направлении уменьшения скорости разрушения озона в стратосфере и по его формированию (методы электромагнитного излучения, электрических разрядов, лазерного излучения) [9].

Парниковый эффект обусловлен наличием в атмосфере таких газообразных веществ, как диоксид углерода, пары воды, метан, оксиды азота, озон, фреоны. Они пропускают солнечные лучи, но препятствуют длинноволновому излучению с земной поверхности. Механизм получения парникового эффекта иллюстрирует рис.4.3.

 

 

 

 

Рис. 4.3. Парниковый эффект

 

Пояснения к рис.4.3: Н₂О – пары воды; СО₂ – диоксид углерода; СН₄ – метан; NO – оксид азота (II); NO₂ – оксид азота (IV); ИК – лучи – тепловое длинноволновое инфракрасное излучение (длина волны: 760-1300 нм); t↑ - повышение температуры.

Увеличение температуры и влажности в замкнутом пространстве парника (теплицы) связано с тем, что прозрачное покрытие (стекло, полиэтилен и др.) пропускает солнечные лучи, но оно не проницаемо для длинноволновых тепловых излучений и водяного пара. Аналогичным «изолятором» являются и «парниковые» антропогенные газы, что обусловливает постепенное потепление климата на Земле.

Солнечные лучи, падающие на Землю трансформируются: 30% их отражается в космическое пространство, остальные 70% поглощаются поверхностью суши и океанов [31]. Поглощенная энергия солнечного излучения в основном преобразуется в теплоту, направленную обратно в космос в виде инфракрасных лучей. Но атмосфера, содержащая пары воды, диоксид углерода и другие газы (см. рис.4.3) не пропускает инфракрасные лучи, благодаря чему воздух нагревается. Парниковые газы выполняют функцию стеклянного покрытия поверхности Земли.

Естественный парниковый эффект создает прирост средней температуры Земли на 30^оС [31]. Если бы парникового эффекта не было, то средняя температура Земли, составляющая сейчас 15^оС, понизилась бы до -15^оС. Земля была бы покрыта льдом. И, наоборот, увеличение содержания «парниковых» газов приводит к возрастанию среднегодовой температуры.

В природной среде содержание СО₂, основного «парникового» газа, регулируется биоценозами так, что его поступление равно удалению. В настоящее время люди нарушают это равновесие. В результате сгорания топлива, прежде всего ископаемого, в атмосферу поступают дополнительные порции СО₂, ежегодно более 9·10⁹ т [10]. Именно этот процесс рассматривают как тенденцию, которая может привести к глобальному потеплению климата.

Увеличение концентрации парниковых газов в атмосфере привело к тому, что по сравнению с доиндустриальным периодом (концом 19 века) средняя глобальная температура повысилась на 0,6^оС, а к 2020 г. – может повыситься еще на 2,2÷2,5^оС, при этом на полюсах температура возрастет более, чем на 10^оС. Парниковый эффект имеет как отрицательные так и положительные последствия.

Отрицательные последствия – это повышение уровня Мирового океана. Сейчас оно составляет примерно 25 см за столетие [10]. При дальнейшем повышении температуры к концу 21 в. уровень океана может повысится до 0,5-2 м. Это приведет к возникновению многих сложных экологических проблем в прибрежной зоне океана, например, произойдет затопление приморских равнин. Отрицательные последствия регионального масштаба – деградация «вечной» мерзлоты, которая создает ряд социально-экономических проблем.

К положительным последствия парникового эффекта можно отнести активизацию процессов фотосинтеза и, следовательно, увеличение продуктивности естественных лесных формаций. Проведенные исследования в ряде стран (в Англии, США, Швеции, Австрии, Германии и др.) по изучению культурных растений в лабораторных условиях при повышенной концентрации СО₂ показали, что происходит увеличение листовой поверхности, биомассы растений, урожайности. Например, урожайность хлопка, при удвоении концентрации СО₂, возрастает на 124%, помидоров и баклажан – на 40%, пшеницы, риса и подсолнечника – на 20% [10].

Несмотря на положительные последствия, парниковый эффект представляет сложную экологическую проблему, так как повышение уровня океана может отрицательно сказаться на жизни населения более 30 стран мира. В целях рационализации природопользования и сдерживания климатических изменений, в г.Киото (Япония, 1997 г.) достигнуто международное соглашение о введении квот на выбросы СО₂ при осуществлении хозяйственной деятельности.

Хозяйственная деятельность человека обусловливает самые разнообразные типы загрязнения окружающей среды, которые, согласно [10] можно подразделить на три основных: биологическое, химическое, физическое. Учитывая сведения [26], добавим информационное загрязнение и приведем классификационную схему загрязнений (рис.4.4). Представленная схема условна и не претендует на универсальность, например в [31] приведена более обширная и подробная классификация загрязнений экологических систем, но и она не универсальна.

Рис. 4.4. Основные типы загрязнения окружающей среды

 

Биологическое загрязнение – это привнесение в экологические системы чуждых им животных (зоогенное загрязнение), растений (фитогенное) и микроорганизмов (микробогенное). Оно часто оказывает негативное влияние при массовом размножении пришлых видов (колорадский жук в Европе). В ряде случаев новые виды оказываются более конкурентоспособными и начинают вытеснять местные: американская норка – европейскую, ондатра – выхухоль и др. На территории России произрастает более 100 видов сорных растений, занесенных из других стран, в частности амброзия полыннолистная, пыльца которой является сильным аллергеном. В населенных пунктах наличие свалок, несвоевременная уборка бытовых отходов приводят к резкому увеличению санитарных животных: крыс, ворон, насекомых и пр. Значительный вклад в биологическое загрязнение среды вносят предприятия промышленного биосинтеза, производящие антибиотики, вакцины, сыворотки, ферменты и т.п., в выбросах которых присутствуют живые клетки микроорганизмов.

Глобальные экологические проблемы, связанные с химическим загрязнением, обсуждены выше (кислотные дожди, истощение стратосферного озона, парниковый эффект). Множество ярких примеров экологических последствий загрязненийхимического типа приведено в литературе (см. например [26,27]), в частности, в учебной литературе по дисциплине «Охрана труда». В настоящее время в природной среде находится около 7-8 млн. химических вещств антропогенного происхождения, причем их арсенал ежегодно пополняют еще 250 тыс. новых соединений. Многие химические вещества обладают канцерогенными и мутагенными свойствами. Экспертами ЮНЕСКО составлен список 200 наиболее опасных для жизни веществ. В него включены: бензол, асбест, пестициды (ДДТ, элдрин, линдан и др.), бенз(а)пирен, тяжелые металлы: ртуть, кадмий, свинец и другие разнообразные красители и пищевые добавки.

Физическое загрязнение связано с изменением физических, температурно-энергетических, волновых и радиационных параметров внешней среды (см. рис.4.4). Оно включает: тепловое, шумовое, электромагнитное, радиоактивное, световое загрязнения. В последнее время обращают особое внимание на электромагнитное загрязнение, связанное с высоковольтными линиями электропередач, функционированием электроподстанций, радио- и телепередающих станций, а также с использованием микроволновых печей, компьютеров, радиотелескопов, мобильных телефонов. Исследования американских и скандинавских ученых показали, что при пользовании видеотерминалами, создающими сильные магнитные поля (в диапазоне низких частот), у женщин возросло число выкидышей, отмечено ухудшение остроты зрения и развитие катаракты у операторов персональных компьютеров. Установлено, что электромагнитные поля, создаваемые линиями высоковольтных передач, электротранспортом, способствуют возникновению онкологических заболеваний. Поэтому в 1993 году крупнейшие компании США по производству компьютеров создали фонд по изучению их влияния на здоровье человека.

Физическое и информационное загрязнения (пояснения к рис. 4.4) близки по природе распространения. По воздействию на живой организм информационное загрязнение близко к биологическому. В настоящее время в США созданы и приняты на вооружение 3 вида систем информационного оружия (ИНФОР и РЭП) [26]:

1) ИНФОР-1 – нарушает и парализует информационные системы и сети, обеспечивающие функционирование органов управления государственных и военных объектов, промышленности, транспорта, связи, энергетики, банков и других учреждений; к этому классу ИНФОР относятся «компьютерные вирусы», логические бомбы и другие.

2) ИНФОР-2 – оказывает психологическое воздействие: влияет на психику людей в направлении управления ими; есть сведения о «вирусе-666», который обладает способностью губительно воздействовать на психо-физиологическое состояние оператора ЭВМ. Этот вирус-убийца выдает на экран особую цветовую композицию, погружающую человека в некоторый гипнотический транс, вызывающий у него такое подсознательное восприятие, которое резко изменяет функционирование сердечно-сосудистой системы, вплоть до блокировки сосудов головного мозга. Разработано новое научное направление – компьютерной психотехнологии, позволяющей направленно воздействовать на группу людей, а с помощью психокоррекции и на массы людей [26].

3) Радиоэлектронное подавление (РЭП) – осуществляется автоматически наземными, корабельными и авиационными системами поставки помех.

Физическое загрязнение в большинстве случаев проявляет свое негативное воздействие на живые организмы посредством передачи энергии, но и само по себе антропогенное потребление энергии и выработка антропогенной энергии имеют всеобщие экологические последствия.

Избыточное потребление энергии людьми (пояснение схемы рис. 4.1). Энергия, необходимая людям поступает из окружающей среды по двум каналам: биотическому и абиотическому; и расходуется на создание различных видов продукции, обогрев, передвижение и т.п. При этом абсолютно четко очерчен предельный порог потребления, переход за который приводит к деградации биосферы и гибели самого человечества.

Человечество, как популяция из крупных организмов может стабильно существовать в биосфере без дополнительных энергозатрат на поддержание замкнутых биогеохимических круговоротов элементов при величине потребления энергии порядка всех других хордовых (позвоночных) организмов биосферы – около 10¹² Вт. При этом, по мнению В.Г. Горшкова [15,16] существующих возобновимых источников энергии (биотический канал) будет достаточно для обеспечения высокоразвитой индустрии с замкнутым круговоротом химических элементов. То есть затраты на охрану окружающей среды будут минимальными.

Однако современное потребление людьми продуктов биосферы в десятки раз больше потребления диких позвоночных и не может быть стационарно обеспечено энергетикой биосферы. Необходимо либо снижение численности народонаселения, либо людям потребуется сконструировать аналог современной биосферы с мощностью в десятки раз большей (порядка 10¹⁵ Вт), чем потребляемая людьми мощность сегодня (около 2·10¹³ Вт). Энергпотребление в таких масштабах даже при наличии неограниченных запасов невозобновимых источников энергии (типа термоядерной энергии) или за счет перераспределения солнечной энергии нарушает стабильность климата Земли [16].

При отказе от замкнутых круговоротов элементов за счет использования концентрированных ископаемых источников можно игнорировать законы распределения и потребления в биосфере. В этом случае для временного поддержания существующей величины потребления людьми продукции биосферы необходимо дополнительное энергопотребление на 2 порядка меньше, чем в предыдущем случае, а именно около 10¹³ Вт (современное потребление), при дальнейшем развитии цивилизации – до 6×10¹³ Вт [16]. Но время существования общества с такой величиной потребления продукции биосферы определяется продолжительностью истощения источников невозобновимых ресурсов.

Таким образом, возможность устойчивого существования общества людей в глобальном масштабе определяется величиной потребления ими энергии основанного на использовании возобновимых, относительно возобновимых и неисчерпаемых ресурсов. Величина 10¹² Вт установлена на базе анализа функционирования естественных экосистем, не нарушенных антропогенным воздействием. О допустимых пределах потребления чистой первичной продукции растений представителями разных групп живых организмов сказано в п.3.2; при этом потребление пищи, выражаемое в единицах массы всегда можно заменить эквивалентными энергетическими величинами. При организации хозяйственной деятельности (деятельности направленной на потребление) необходимо исходить из правила 10 процентов, основанного на представлениях об экологических пирамидах: среднемаксимальный переход с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой 10% (от 7 до 17%) энергии (или вещества в энергетическом выражении), как правило, не ведет к неблагоприятным для экосистемы (и теряющего энергию трофического уровня) последствиям [33].

Поскольку вполне достоверно определена допустимая величина глобального потребления энергии людьми (антропогенного потока энергии), не приводящая к нарушению «кормящих» и «чистящих» нас природных экосистем ~10¹² Вт, необходимо на международном уровне определить ее распределение между государствами, в противном случае человечество ожидает судьба вымерших биологических видов.

Величина энергии, потребленной людьми, характеризует и расход природных ресурсов, и степень загрязнения окружающей природной среды. Развитие общества и увеличение численности людей неизбежно ведут к росту энергопотребления.

Сужение биоразнообразия: сокращение лесов, плодородных земель, невозмущенных людьми территорий, опустынивание (пояснение схемы рис. 4.1).Биоразнообразие обеспечивает устойчивость биосферы в целом, поскольку оно обеспечивает большее число связей в экологических системах, сохранность банка генов. Изучение биоразнообразия включает документирование его структуры, состава, глобального распределения и анализ всей иерархии биосистем от молекул до биосферы; разработку на этой основе рациональных мер по защите биоразнообразия на локальном, региональном и глобальном уровне с непременным учетом уникальности каждой формы жизни на Земле. В настоящее время на нашей планете существует более 1,5 млн. видов животных и около 500 тыс. видов растений [10]. Следует помнить, что каждый вид занимает свою собственную экологическую нишу, отвоеванную у других в ходе конкурентной борьбы. Определенная специализация организмов позволяет им, с одной стороны, наиболее полно использовать все пригодное для жизни пространство и источники пищи, а с другой – «обслуживать» друг друга, функционировать на благо всего сообщества, даже если речь идет о хищниках и жертвах. В случае исчезновения вида по каким-либо причинам его экологическую нишу рано или поздно занимает другой вид, способный выполнять те же функции в сообществе, что и исчезнувший вид, т.е. происходит экологическое дублирование. Такого рода распределение видов настолько закономерно, что, зная параметры какой-либо экологической ниши, оказавшейся свободной, можно описать биологический вид, который должен ее занять. Например, важнейшие характеристики вируса СПИДа (синдрома приобретенного иммунодефицита) были предсказаны почти за 10 лет до его широкого распространения в связи с освобождением экологических ниш, ранее занимаемых побежденными человеком инфекционными болезнями [20].

В литературе по экологии приведено множество сведений об истощении, подчас катастрофическом, соответствующих природных ресурсов. Подобная информация приведена, например, в работах [28,34]. Для человека эти проблемы оскудения природных ресурсов, прежде всего, связаны с сокращением перспектив развития пищевой базы, неизбежностью голода. В настоящее время происходит сужение генетической базы развития сельскохозяйственных культур и пород скота, что приводит к снижению их продуктивности, делает их все более уязвимыми к болезням, воздействию сорняков, химизации и т.п. Многие из традиционных культур и пород вырождаются; при этом возможности для создания новых продуктивных видов подчас отсутствуют. Трагический итог природопользования развивающихся стран – исчезновение традиционных видов флоры и фауны, которые обеспечивали региональное биоразнообразие. Но это и глобальная экологическая проблема. В настоящее время во влажных тропических лесах Азии, Африки и Латинской Америки находится бóльшая часть всех видов растений и животных, обитающих на планете. С 1960 г. треть прироста сельскохозяйственной продукции в европейских странах обеспечивалась новыми видами и сортами, созданными на основе селекции генетического материала из тропических регионов [21]. Около 70% генофонда размещено в развивающихся странах, не имеющих возможностей для его сохранения и развития.

В научной литературе высказано мнение, что многие «дикие» виды могут выжить только при условии изъятия из хозяйственной деятельности не менее 30% обитаемой поверхности суши, на что современное человечество пойти не в состоянии. Таким образом в ХХI веке неизбежно дальнейшее вымирание многих представителей биологических видов.

Тропические леса, покрывая сегодня до 40% площадей экваториальных стран, являются одной из самых продуктивных систем (см. п.3.4), но наименее устойчивой к различного рода антропогенным воздействиям. Дело в том, что здесь, вследствие благоприятных климатических условий, метаболические процессы идут в ускоренном темпе, и биологический круговорот веществ наиболее приближен к идеальному: показатель разомкнутости (см. формулу (3.11)) K ~ 0, т.е. вся синтезированная за сезон биомасса расходуется на дыхание. Таким образом, валовая первичная продукция продуцентов тропических лесов максимально утилизируется значительным числом различных консументов и в почвах мало откладывается непотребленного органического вещества, которое в дальнейшем должно преобразоваться в гумус. Почвы тропических лесов значительно беднее по плодородию, например, почв черноземной зоны России. Важнейшей причиной истощения тропических лесов является традиционная для этих мест подсечно-огневая система земледелия, экспорт древесины, использование ее в качестве топлива (см. пример в п.3.3.1 – с.81). Попытки восстановления традиционных лесных тропических экосистем не дают обнадеживающих результатов. Свободные от леса территории тропиков подвергаются сильному воздействию солнечного излучения, осушаются ручьи и реки, гибнут микроорганизмы верхних горизонтов почв. Почво-грунты (эдафотоп) претерпевают необратимые структурные изменения (см. рис.3.5). На местах, где была пышная растительность формируются саванны и пустыни, биоразнообразие сужается.

Принято, что для поддержания экологической стабильности природных систем необходимо, чтобы примерно 33% территории было занято лесом [21,28].

По оценкам экспертов страны «юга» ежегодно теряют около 6·10⁶ га плодородных земель, еще около 30·10⁶ га земель находятся под угрозой опустынивания [21]. Таков результат несбалансированного применения химических удобрений, избыточного механического воздействия на почву и др. Эрозия почвы в развивающихся странах превышает соответствующие показатели для развитых стран примерно в 2 раза. Образование Сахары, как показывают современные исследования, началось примерно с конца 4 в. до н.э., в связи с распашкой земель. За последние десятилетия южная граница Сахары продвинулась в сторону экватора на 200 км, ее площадь увеличилась примерно на 65·10⁶ га [28]. Около 10% населения Африки проживает в районах, находящихся под реальной угрозой опустынивания. Нобелевской премии мира 2004 г. удостоена кенийский эколог и политик Вангари Маатаи. Премия присуждена ей за «вклад в процесс устойчивого развития, дело демократии и мира» В. Маатаи, заместитель министра окружающей среды Кении, удостоена премии за работу в качестве руководителя «Движения зеленого пояса», которое вырастило свыше 30 млн. деревьев в Африке. По замыслу В. Маатаи посадка растений с определенной корневой системой должна воспрепятствовать дальнейшему распространению пустынь.

В целом в биосфере под сильным хозяйственным воздействием находится около 50% поверхности суши. Большие площади коренных биогеоценозов заменяются вторичными, более упрощенными и однообразными по составу и структуре с заметно пониженной продуктивностью. Естественный покров степной зоны, природный генофонд которой бесценен для селекции и генной инженерии в области агрокультур, сменился посевами и насаждениями культурных растений, городскими индустриальными территориями. Урбанизация (процесс повышения роли городов в развитии общества) поглощает более 300 тыс. гектаров сельскохозяйственных земель в год, площадь кормилицы пашни на 1 человека неуклонно уменьшается. Сокращаются площади хвойных лесов, которые сменяются менее ценными мелколиственными лесами. В отдельных районах планеты заготавливают древесины больше ее прироста, особенно страдают от этих заготовок горные леса с медленным возобновлением и ростом.

Физическое и химическое загрязнение биосферы разрушительно действует на ход биогеоценотических и генетических процессов даже вдали от очагов непосредственного загрязнения.

При непрерывных нарушениях замкнутости биотических круговоротов в агроценозах, где разомкнутость составляет десятки процентов против сотых долей нормы, возврат в устойчивое сбалансированное состояние должен длиться многие сотни лет [15]. Отсюда понятна роль невозмущенных человеком территорий, национальных парков для обеспечения стабильности биотических процессов в биосфере в целом. На таких территориях необходимо прекратить антропогенные энерговложения (хозяйственную деятельность), ликвидировать все дороги с использованием механической тяги, запретить передвижение моторного транспорта по рекам и озерам. Допустимо посещение этих территорий людьми с целями рекреаций (отдыха и восстановления жизненных сил), но только на базе средств передвижения с использованием мускульной силы [15]. Сегодня человечеством освоено 60% площади суши. При снижении площадей, охваченных антропогенной деятельностью, до 40% (в 1,5 раза), даже при сохранении современной скорости сжигания ископаемого топлива, глобальное изменение круговоротов углерода и накопление диоксида углерода (СО₂) в атмосфере может быть остановлено [15]. Последнее установлено на основании анализа данных глобального мониторинга. Такова роль невозмущенных территорий для стабилизации биосферы.

Особое значения для человечества имеют заповедники – особо охраняемые ресурсозащитные территории (акватории), на которых сохраняется в естественном состоянии весь природный комплекс – типичные или родные для данной зоны ландшафты («природные пейзажи»), редкие и ценные виды животных и растений и прочее; главная задача заповедников – сохранение и восстановление эталонных природных (естественных) экосистем, а также свойственного для данного региона генофонда организмов. Не следует путать это понятие с заказником – временно охраняемой природной территорией (акваторией), на которой сохраняют определенные виды растений и животных, геологические объекты, элементы ландшафта и др. Но заказники организуют на землях сельского, лесного, рыбного и других видов хозяйствования обычно сроком на 10 лет, в России. Здесь хозяйственная деятельность допускается лишь в той мере, в какой это не наносит вреда охраняемым объектам (охотничье-промысловым животным, гнездовьям, местам линьки и зимовья птиц, нерестилищам и местам нагула рыб, ценным лесным участкам и прочим).

Из сказанного понятно, что возможности земледелия не бесконечны. К тому же Земля – конечное физическое тело и численность людей лимитируется, прежде всего, площадью пашни. По некоторым данным (см.[31]) проблема голода отсутствует, если на одного человека в год с 1 га собирают 1 т зерна. Шестимиллиардному населению планеты требуется 6 млрд. т. Сегодня ежегодный валовой сбор составляет ~2 млрд. т зерна. На одного человека в мире сегодня приходится всего 0,23 га пахотных земель и производительность их в целом низкая. Земля уже сегодня не в состоянии прокормить всех своих жителей.

Согласно В.Г. Горшкову [16] полное потребление одного человека составляет 134 Вт пищи (134 Вт соответствуют 2500 ккал/сутки нормального потребления пищи одним человеком массой 67 кг). Приведенные энергетические величины соответствуют 280 кг зерна. При сбалансированном оптимальном питании растительной и животной пищей это соответствует производству 500 кг/год зерна на одного человека. Из этого количества половину съедает человек (крупы, мука и т.п.), а вторая половина идет на корм скоту, что дает 35 кг/год калорийно эквивалентных зерну животных продуктов. На основании оценок В.Г. Горшкова можно определить потребности современного человечества в зерне: 6·10⁹ (число людей) х 0,5 т/год (потребность одного человека) = 3 млрд. т зерна в год, без учета потерь. В 1989 г. под продовольственные зерновые культуры в мире было отведено 720 млн. га с которых получено 1,8 млрд. т зерна со средней урожайностью 25,6 ц/га [34].

На основании данных работы [31] можно ориентировочно рассчитать предельно допустимую численность людей на Земле. В соответствии с представлениями об экологических пирамидах, человечество, занимая верхние трофические уровни, может образовать биомассу существенно меньшую, чем биомасса живого вещества биосферы в целом. Биосфера сохранит устойчивость, если на душу населения будет приходиться 250 т живого вещества [8]. Суммарная биомасса живых организмов Земли (континентов и океанов) составляет 2,42·10¹² т [9]. В результате деления получим, что в биосфере, не нарушая ее устойчивости, может существовать 9,7 млрд. человек. Но будем объективными, расчет очень условен. Проанализируйте другие данные нашей работы.

По расчетам ФАО (сельскохозяйственной и продовольственной организации ООН) для полного удовлетворения одного человека в питании необходимое количество зерна составляет 0,82 т/год·чел.

Понятно, что сегодня объективно часть населения обречена на голод, о чем свидетельствуют несколько разноречивые данные приведенных выше трех источников.

Для улучшения обстановки, необходима селекционная работа на основе имеющегося генофонда, чему способствует сохранение биоразнообразия.

 

Экологическое нормирование,

Контроль и прогнозирование

  Понятие «природный ресурс» условно и приобретает смысл только в течение… В прирордопользовании принято следующее определение: ресурсы природные – это тела и силы природы на данном этапе…

Рис. 4.5. Классификация природных ресурсов

по их исчерпаемости и возобновимости [30]

Полезные ископаемые постоянно образуются в недрах земной коры в результате непрерывно протекающих процессов, но скорости их формирования измеряются по геологической шкале времени, т.е. миллионами, многими сотнями миллионов лет; например, возраст каменных углей насчитывает более 350 млн. лет [34], а интенсивное формирование высококачественных железистых кварцитов в результате химического осадконакопления проходило в докембрийскую эпоху рудообразования: свыше 570 млн. лет назад, при общем возрасте планеты Земля – около 4,5 млрд. лет. Активное же использование полезных ископаемых имеет продолжительность около 100 лет. В течение последних 50 лет многие ресурсы особо активно потребляются. Так согласно прогноза Айерса, опубликованного в Лондоне в 1997 г., к 2040 г. добыча природного газа, нефти, угля станет экономически нецелесообразной, уже сегодня желательно уменьшить использование нефти на 85 %, природного газа – на 70 %, угля – на 20 % [22]. Таким образом, освоение минерального сырья происходит по исторической шкале времени и характеризуется возрастающим объемом изъятия. Поэтому все минеральные ископаемые ресурсы рассматривают в качестве не только исчерпаемых, но и невозобновимых ресурсов.

Особое место занимают почвенно-земельные ресурсы. В естественном природном виде – это материальный базис, на котором происходит жизнедеятельность человеческого общества. Морфологическое устройство поверхности (рельеф) существенно влияет на хозяйственную деятельность, на возможность освоения территории. Однажды нарушенные земли (например, карьерами или искусственной планацией рельефа при крупном промышленном или гражданском строительстве) в своем естественном виде уже не восстанавливаются.

Относительно (не полностью) возобновимые ресурсы хотя и восстанавливаются в исторические отрезки времени, но возобновляемые объемы их значительно меньше объемов хозяйственного потребления. Именно эти виды ресурсов очень уязвимы и требуют особенно тщательного контроля со стороны человека. К относительно возобновимым ресурсам относятся очень дефицитные природные богатства: 1) продуктивные пахотно-пригодные почвы; 2) леса с древостоем спелого возраста; 3) водные ресурсы в региональном аспекте.

Продуктивных пахотно-пригодных почв сравнительно немного, по разным оценкам на 1990 год их площадь не превышала 1,5-2,5 млрд. га [34]. Наиболее продуктивные почвы, относящиеся к первому классу плодородия, занимают, по оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН (ФАО), всего 400 млн. га. Продуктивные гумусовые слои образуются крайне медленно – на формирование 1 мм слоя, например, черноземных почв требуется более 100 лет [32]. В то же время процессами ускоренной эрозии в результате нерационального землепользования за один год может быть разрушено несколько десятков мм верхнего, наиболее ценного пахотного слоя. Согласно [11] возраст некоторых типов почв составляет:

- черноземы и темно-каштановые почвы – не менее 2500-3000 лет;

- светло-каштановые почвы и солонцы – 1000-2000 лет;

- дерново-подзолистые, серые лесные, бурые лесные почвы – 800-1000 лет;

- дерново-каштановые, торфяно-глеевые, горно-луговые, лугово-каштановые почвы – порядка 500-800 лет.

Антропогенное разрушение почв в последние десятилетия происходит особенно интенсивно.

Леса с древостоем спелого возраста, т.е. леса, древостои которых достигли промышленной спелости и пригодны для производства пиловочника и других видов промышленной лесной продукции, пользуются повышенным спросом и поэтому усиленно вырубаются. Для полного восстановления вырубленных лесов необходимо длительное время: 100÷150 лет. Поскольку, прирост биомассы таких лесов невелик, то нормы допустимых рубок должны быть научно обоснованы. При нарушении этого принципа естественного восстановления древесины не происходит.

Запасы пресных вод (см. рис.4.5) сосредоточены неравномерно, и на обширных территориях существует дефицит вод, пригодных для употребления в системах водопользования. Особенно сильно страдают от недостатка воды аридные (зоны полупустынь) и субаридные (зоны пустынь) районы, где нерациональное водопотребление (например, водозабор в объемах, превышающих естественное восстановление вод) сопровождается быстрым, часто катастрофическим истощением водных запасов. Необходим точный учет количества допустимого изъятия водного ресурса по регионам.

Возобновимые ресурсы (см. рис.4.5) – это прежде всего ресурсы растительного и животного мира. И те и другие восстанавливаются довольно быстро (от нескольких месяцев до нескольких лет), объемы естественного возобновления хорошо и точно рассчитываемы. Поэтому можно полностью избежать их истощения при хозяйственном использовании (например, древесины в лесах, травостоя на лугах и пастбищах, диких животных при промысле), если потребление соответствующей биомассы не превышает пределы ежегодного возобновления, при эксплуатации строго ограниченных территорий.

Производными в разряде неисчерпаемых ресурсов (см. рис.4.5) являются климатические ресурсы. Наиболее жесткие требования к климату предъявляют сельское хозяйство, рекреационное и лесное хозяйство, промышленное и гражданское строительство. Обычно под климатическими ресурсами понимают запасы тепла и влаги, которыми располагает конкретная местность или регион. Общее количество тепла, поступающее за год на 1 м² поверхности нашей планеты составляет 3,16·10⁹ Дж [34]. Территориально и по сезонам года тепло распределяется неравномерно, температура воздуха колеблется от –90^оС до +80^оС, хотя средняя для Земли температура воздуха равна примерно +15^оС. Для учета термических ресурсов конкретных территорий используют сумму активных температур – арифметическую сумму всех средних суточных температур, за период, когда эти температуры превышают определенный термический уровень: +5 или +10^оС.

Чтобы сделать вывод о возможности произрастания культуры в изучаемом районе, на первом этапе, необходимо сравнить между собой два показателя: 1) сумму биологических температур, выражающую потребность растения в тепле и 2) сумму активных температур, которая накапливается в данной местности. Первая величина всегда должна быть меньше второй. По запасу температурных ресурсов выделяют термические пояса и подпояса; границы между ними проводят условно – по изолиниям определенных значений сумм активных температур выше +10^оС. Например, наименьшая сумма активных температур в холодном поясе – не выше 1000^о. Холодный пояс занимает обширные пространства на севере Евразии, в Канаде и на Аляске. Наибольшая сумма активных температур в жарком поясе, здесь запасы тепла практически неограничены, они повсюду превышают 8000^о, иногда и более 10000^о. Территориально жаркий пояс занимает наиболее обширные пространства суши земного шара: преобладающая часть Африки, большая часть Южной Америки, Центральная Америка, вся Южная Азия и Аравийский полуостров, Малайский архипелаг и северная половина Австралии.

Суша в целом неплохо обеспечена и атмосферной влагой: на ее поверхность ежегодно выпадает в среднем около 119 тыс. км³ осадков. Но распределяются они еще более неравномерно, чем тепло, и в пространственном, и во временном отношениях. На суше известны районы, получающие ежегодно более 12000 мм осадков и обширные местности, где за год выпадает менее 50-100 мм.

В целях комплексной характеристики агроклиматических ресурсов для ведения сельского хозяйства в России широко употребляют гидротермический коэффициент (ГТК) – отношение суммы осадков за определенный период (месяц, вегетативный период, год) к суммам активных температур за это же время. Его применение основано на эмпирически хорошо подтвержденном допущении: сумма активных температур, уменьшенная в 10 раз, примерно равна величине испаряемости. Следовательно, ГТК отражает связь между выпадающей и испаряющейся влагой. Оценка влагообеспеченности территорий для произрастания сельскохозяйственных культур строится на основании следующей расшифровки ГТК: менее 0,3 – очень сухо; от 0,3 до 0,5 – сухо; от 0,5 до 0,7 – засушливо; от 0,7 до 1,0 – недостаточное увлажнение; 1,0 – равенство прихода и расхода влаги; от 1,0 до 1,5 – достаточное увлажнение; более чем 1,5 – избыточное увлажнение. На основе анализов фактора проводится комплексное агроклиматическое районирование местности. Более подробная информация об изложенном содержится в [34].

В среднем многолетнем выражении и запасы тепла, и объемы выпадающей атмосферной воды довольно постоянны, хотя от года к году могут наблюдаться существенные колебания в обеспечении конкретной территории теплом и влагой. Так как эти ресурсы формируются в определенных звеньях теплового и водного круговоротов, постоянно действующих на планете, запасы тепла и влаги рассматривают как неисчерпаемые в определенных количественных пределах и точно установленных для каждого района.

В целом, водные ресурсы нашей планеты обладают колоссальным объемом – около 1,5 млрд. км³ воды: 98% этого объема составляют соленые воды Мирового океана, и только 28 млн. км³ – пресные воды. Ежегодно возобновляемые запасы пресных вод по разным оценкам колеблются от 41 до 45 тыс. км³ (ресурсы полного речного стока) [34]. Мировое хозяйство в 90 годах ХХ столетия расходовало для своих нужд около 4-4,5 тыс. км³ [32], что составляло примерно 10% от возобновимого водозапаса, и, следовательно, при условии принципов рационального водопользования эти ресурсы можно рассматривать как неисчерпаемые. Тем более если учесть перспективы опреснения соленых вод. Однако при нарушении принципов рационального природопользования ситуация резко обострена в отдельных регионах, например, на границе Мексики и США [28].

Согласно современным представлениям неисчерпаемые ресурсы являются прекрасным источником производства энергии: солнечная энергия, ветровая, приливная, геотермальная, энергия температурного градиента вод океана. В настоящее время в данном направлении они используются мало из-за технологических трудностей освоения и высокой стоимости производимой энергии. Но если учесть фактор исчерпаемости и эффекты загрязнения, то необходимость исследований и практических разработок в области нетрадиционных источников энергии не вызывает сомнений.

Сегодня основным топливно-энергетическим сырьем являются полезные ископаемые: нефть, каменные и бурые угли, горючий газ, битумные сланцы, уран (точнее U₃O₈). За исключением последнего, данный вид сырья является по сути аккумулятором солнечной энергии (см. рис.3.6) поскольку оно образовалось из фрагментов некогда живых организмов. Высвобождаясь в процессах окисления (горения) эта энергия позволяет людям жить в тепле и производить работу.

Каждый вид топливного сырья обладает определенной теплотворностью. Например, при сгорании 1 т каменного угля выделяется 27,91·10³ МДж энергии, бурого угля – 13,96·10³ МДж; 1 т нефти – 41,87·10³МДж; 1 тыс. м³ газа – 38,84·10³ МДж энергии. Для сопоставления различных видов топлива, а также для сопоставимости самих топливно-энергетических ресурсов введены следующие единицы: 1) тонна условного топлива в угольном эквиваленте (тут в уг. экв.), теплота ее сгорания соответствует теплоте сгорания 1 тонны антрацита – 27,91·10³ МДж; 2) тонна условного топлива в нефтяном эквиваленте (тут в неф. экв.), имеющая теплоту сгорания 1 тонны нефти – 41,87·10³ МДж.

Отрицательным, с экологических позиций, является то, что при использовании горючего тепла неизбежно образуются такие вещества, как оксиды серы и бенз(а)пирен. Оксиды серы, как отмечено ранее, обусловливают кислотные дожди. Бенз(а)пирен, попадая в ткани живых организмов, способствует формированию раковых новообразований. Каменный уголь содержит в качестве примесей такие радиоактивные элементы как уран, торий, радий. Вместе с дымом они попадают в атмосферу, затем оседают на земную поверхность. По данным ООН годовая коллективная доза радиоактивного облучения людей от выбросов от угольных ТЭЦ в 2 раза превышает излучение от всех АЭС. Эти оценки сделаны при условии, что степень очистки выбросов от летучей золы составляет не менее 90%. Поэтому актуально использование нетрадиционных энергоресурсов.

Солнечная энергия – самый крупный энергетический источник для обитателей планеты Земля: общее количество солнечной энергии примерно в 17 000 раз превышает современное потребление энергии мировым хозяйством (см. табл.4.2). Но излишнее отторжение ее в антропогенный канал привело бы к деградации существующих природных экологических систем и к гибели самого человечества. Но плотность солнечного излучения на земной поверхности мала: даже в тропических пустынях днем она равна 5-6 в день, а в умеренном поясе всего 3,4 . Ее трудно технически освоить. Полагают, что к 2020 году за счет преобразования солнечной энергии мировые потребности в электроэнергии будут удовлетворены на 15-20%.

Таблица 4.2 содержит данные о иных природных потоках энергии у земной поверхности.

Ветровую энергию используют с прошлых веков в Англии, Голландии, Франции и других странах, но в небольших масштабах. Тем не менее испанская провинция Альбасете полностью обеспечена электроэнергией от ветровых установок. Современные ветросиловые установки создают в Японии, Китае. Общие ресурсы ветровой энергии Земли огромны и составляют около 6,3·10²² Дж/год – см. табл. 4.2, хотя и строго локализованы. Для получения единицы электрической мощности за счет ветровой энергии необходимо в среднем в 4-5 раз больше площади, чем для гелиоустановок [34].

Использование энергииприливных волн морей и океанов основано на преобразовании энергии удара в гравитационную, тепловую и электрическую формы энергии. В мире имеется свыше 25 участков морских побережий с высокими приливами (не менее 7 м высотой) и соответствующей топографией, пригодных для строительства приливных электрических станций (ПЭС) [34].

Сейчас в мире действуют 2 ПЭС – в России (Кислогубская) и во Франции, в устье Гаронны.

Таблица 4.2

Потоки энергии у земной поверхности и годовой ресурс (расход) отдельных видов энергии [15]

Виды мощности	Мощность	Годовой ресурс, Дж
ТВт	Доля
Мощность солнечного излучения (с.и.)	1,7·105	1,0	5,36·1024
Поглощение с.и. атмосферой и земной поверхностью	105	0,69	3,15·1024
Поглощение с.и. земной поверхностью	8·104	0,46	2,52·1024
Расход с.и. на испарение	4·104	0,24	1,26·1024
Явные турбулентные потоки тепла	~104	0,07	3,15·1023
Перенос тепла с экватора к полюсам: атмосферой	3·103	0,02	9,45·1022
океаном	2·103	0,01	6,3·1022
Поглощение с.и. сушей	2·104	0,12	6,3·1023
Мощность испарения: сушей (эвапотранспирация)	5·103	0,03	1,6·1023
растениями (транспирация)	3·103	0,02	9,45·1022
Ветровая мощность (мощность диссипации ветровой энергии)	2·103	0,01	6,3·1022
Мощность океанских волн (мощность волновой энергии)	103	6·10-3	3,15·1022
Мощность фотосинтеза	102	6·10-4	3,15·1021
Гравитационная мощность падения всех осадков	102	6·10-4	3,15·1021
Гидромощность рек (падение стока всех рек с высоты 300 м)		2·10-5	9,45·1019
Другие виды возобновимых мощностей: геотермальная		0,02	9,45·1020
вулканов и гейзеров	0,3	2·10-6	9,45·1018
приливная		6·10-6	3,15·1019
лунного света, падающего на Землю	0,5	3·10-6	1,6·1019
Современное мировое энергопотребление человечества		6·10-3	3,15·1020
Антропогенное усиление парникового эффекта	103	0,6	–

Примечание: 1 ТВт = 10¹² Вт.

Геотермальная энергия – внутренняя энергия Земли. Нормальный температурный градиент Земли: 3^о на 100 м глубины. В отдельных местах этот показатель имеет значение до 5^о на 100 м и даже до 1^о на 5 м глубины. Геотермальная энергия с мощностью порядка 30 ТВт образуется в результате перераспределения плотностей вещества и радиоактивного распада в земных недрах [15]. Гравитационное перераспределение масс совместно с частью геотермической энергии генерирует упорядоченные процессы рудообразования в литосфере. Глобальная мощность этих упорядоченных процессов не превосходит 10 ГВт, что на 4 порядка меньше мощности фотосинтеза глобальной биоты [15]. Геотермальные электростанции действуют в Италии, США, Японии, Исландии и др. Всего в мире их насчитывается 188 общей мощностью 4760 МВт. Предполагают, что в будущем основное назначение геотермальной энергии – производство тепла, но при этом необходимо учитывать высокую токсичность термальных вод и химическую агрессивность сопутствующих жидкостей и газов.

Биоконверсионная энергия – энергия, аккумулированная в биомассе. Количество энергии, заключенной в фитомассе лесов мира оценивают величиной 1,8·10¹⁷ Дж [34]. Древесина служила топливом еще с первобытных времен, и до сих пор она (вместе с навозом и прочими отходами сельскохозяйственного производства) дает около 3,6·10¹⁵ Дж энергии, потребляемой главным образом населением развивающихся стран. В процессе разложения отходов (навоза, соломы и т.п.) или органических бытовых отходов целлюлозными анаэробными (обходящимися без кислорода) организмами при участии бактерий метанового брожения образуется биогаз, используемый как топливо. Биогаз – смесь газов примерного состава: метан - 55÷65 %, диоксид углерода - 35÷45 %; примеси азота, водорода, кислорода и сероводорода. В мире эксплуатируется более 8 млн. установок для получения биогаза, в том числе промышленных. В основном это примитивные установки в Китае и Индии, но в последние годы созданы соответствующие установки и в промышленно развитых странах.

Говоря о неисчерпаемости отдельных видов ресурсов, отметим, что из космоса к поверхности Земли направлен непрерывный поток атомов гелия, последний при определенных условиях является источником водорода. Водород является перспективным сырьем для транспортного топлива и теплоэнергетики.

Для современного общества все большее значение имеет такой комбинированный ресурс, объединяющий элементы и свойства исчерпаемых и неисчерпаемых природных ресурсов, как биоразнообразие (см. рис.4.5). По оценкам биологов, в настоящее время на Земле насчитывается до 30 млн. различных биологических видов [30]. Биоразнообразие является важнейшим источником генетической информации, используемой в различных областях; в том числе в медицине, при производстве натуральных пестицидов, селекции и генетической модификации растений и животных в сельском хозяйстве и т.д. Сокращение видового разнооборазия – одна из наиболее острых глобальных экологических проблем. Задачей современного экономического развития является сохранение и поддержание биоразнообразия в качестве комплексного природного ресурса. Последнее нашло отражение в материалах КОСР-2, в «Конвенции по биологическому разнообразию» [23].

Другим примером комплексного ресурса, также приобретшего ключевое значение для современного индустриального общества, служит ассимиляционный (потенциал) – ресурс отдельных экосистем и биосферы в целом. Ассимиляционный потенциал – это свойство отдельных природных систем и биосферы в целом «принимать» различные виды загрязнений и отходов, поглощать их и превращать в безопасные, подчас полезные формы. В этом смысле ассимиляционный потенциал биосферы можно рассматривать в качестве важнейшего естественного ресурса, имеющего свойства, сходные с запасами древесного сырья или месторождениями полезных ископаемых.

Ассимиляционный ресурс представлен, прежде всего, бактериями и может быть использован для получения металлов. Например, существуют бактерии, способные выщелачивать металлы из руд, называемые хемолитотрофными, т.е. буквально «поедающие скалы». Хемолитотрофные бактерии при умеренных температурах (+5 ÷ +80^оС) используют неорганические вещества в качестве окисляемых субстратов – доноров электронов. Окисляемый неорганический субстрат является для этих бактерий и источником энергии, и восстановителем. Такими субстратами могут быть молекулярный водород («водородные» бактерии), оксид углерода (карбоксидобактерии), восстановленные соединения серы (тионовые бактерии), соединения азота (нитрифицирующие бактерии). Окислителем во всех перечисленных случаях является молекулярный кислород. Для получения цветных и благородных металлов используют сульфидные руды. В основе биогеотехнологии извлечения металла из этих руд лежит процесс бактериального окисления сульфидных минералов и элементов с переменной валентностью S(0), S(II), Fe(II), U(IV), Cu(I) в кислой среде, обеспечивающей вскрытие и перевод из нерастворимой сульфидной формы в растворимую сульфатную, что обеспечивает в дальнейшем получение металлов в чистом виде [25]. В настоящее время решены теоретические вопросы биогеотехнологии таких металлов, как медь (Cu), никель (Ni), цинк (Zn), кобальт (Co), кадмий (Cd), мышьяк (As) и некоторых других элементов. Процессы бактериального выщелачивания широко используют для получения меди, урана (U) и золота (Au). В США, например, получают таким образом более 10% меди от общего объема добычи этого металла. В России и ряде других стран успешно развиваются также методы бактериально-химического выщелачивания сложных медных, цинковых, никелевых, медно-цинковых, олово- и золотосодержащих мышьяковистых концентратов. Известны методы микробиологического извлечения металлов из растворов, основанные на использовании особенностей многих микроорганизмов осаждать их. Микробиологические процессы извлечения металлов из растворов состоят из следующих трех стадий: абсорбция металлов на поверхности микробных клеток, поглощение металлов клетками и их химическое превращение. Широко используют способность многих бактерий, водорослей и грибов накапливать неорганические вещества, поглощая их из растворов и сточных вод. С помощью микроорганизмов и водорослей можно извлечь из разбавленных растворов до 100% свинца, ртути, цинка, меди, никеля, кобальта, марганца, хрома, урана и некоторых других элементов, до 96-98% золота и серебра, до 84% платины, 93% селена [25]. Бактериальные полисахариды эффективны для извлечения из растворов радиоактивных элементов, а также меди и кадмия.

Микроорганизмы позволяют вовлечь в переработку огромные запасы бедных и сложных по составу руд и отходов, а также расположенные на глубинах месторождения, обеспечивают комплексное и более полное использование минерального сырья.

Бактерии способствуют растворению соединений серы, в том числе и органических, содержащихся в каменном угле, что делает возможным освобождать богатый серой уголь от этой вредной примеси до сжигания или термической переработки.

Установлено, что с помощью бактерий возможно уменьшение содержания метана в воздухе угольных шахт. Для этой цели используют бактерии, интенсивно окисляющие метан до диоксида углерода и способные развиваться на простых минеральных питательных средах. В условиях угольной шахты такие микроорганизмы за 2-4 недели окисляют до 70% метана.

Перспективно использование микроорганизмов для повышения нефтеотдачи нефтяных месторождений. Решается также задача по организации производства биомассы микроорганизмов для биодеградации токсичных соединений фенолов и производных, гербицидов, пестицидов, ксенобиотиков, а также производства биомассы микроорганизмов для очистки сточных вод производств химико-лесного, металлургического, топливно-энергетического, агропромышленного и других комплексов. Таким образом, одновременно решается задача и охраны окружающей среды и добычи ценных элементов.

Трудно переоценить роль микроорганизмов при создании экозащитной техники и технологии. Биологическая очистка является заключительным этапом природоохранной технологии любого крупномасштабного промышленного производства или жилищного комплекса. В качестве примера рассмотрим механизм биологической очистки вод. Биологическая очистка вод – метод очистки бытовых и промышленных сточных вод, основанный на способности организмов, главным образом бактерий, к разрушению (минерализации) загрязнений органического происхождения. Аэробная (с участием кислорода воздуха) минерализация протекает на полях орошения, полях фильтрации, в биологических прудах, каналах, биофильтрах и специальных емкостях – аэротенках. Здесь имеет место окисление органических веществ в процессе дыхания микроорганизмов, накапливающийся в результате распада белков (например в результате жизнедеятельности гнилостных бактерий) на первом этапе аммиак в дальнейшем бактерии-нитрификаторы окисляют до нитритов и нитратов. Для интенсификации очистки используют активный ил, получаемый продуванием природного ила воздухом, что приводит к усиленному размножению бактерий и простейших. Бактерии разлагают растворенные вещества, а простейшие удаляют тонкие взвеси и поедают бактерий (в том числе патогенных). При анаэробной очистке (без доступа кислорода), минерализации, используют метантенки – железобетонные емкости, в которых происходит процесс сбраживания органических загрязнений при помощи метанообразующих бактерий. При полной биологической очистке происходит удаление окисляемых веществ, увеличивается прозрачность воды, снижается ее зараженность патогенными бактериями. Для разложения и обезвреживания «негниющих» синтетических веществ используют специальные культуры микроорганизмов (штаммы), полученные путем искусственно вызванных мутаций. При биологической очистке также используют способность некоторых организмов накапливать (концентрировать) те или иные вещества, например, железобактерии накапливают железо и марганец, многие моллюски очищают воду от тонких взвесей и т.д.

Подводя итог, отметим: исчерпаемость и возобновимость природных ресурсов необходимо учитывать при разработке стратегии рационального природопользования. Для биологических ресурсов первоочередное значение имеет разработка рациональных нормпользования (потребления), способствующих их естественному воспроизводству. В лесном хозяйстве – это нормы непрерывного лесопользования (в нашей стране их утверждают в виде ежегодно устанавливаемых показателей расчетной лесосеки); в рыбном хозяйстве – квоты на добычу рыбы; в водном хозяйстве – лимиты водопотребления и водоотведения; в охотничьем хозяйстве – нормы отстрела промысловых животных и т.п.

Другой отличительной особенностью большинства природных ресурсов является то, что их использование жестко лимитировано во времени. Уровень потребления сегодня предопределяет возможность удовлетворения потребностей в будущем. Так, переруб расчетной лесосеки в текущем году означает, что в следующие годы потребности в древесине будут удовлетворяться на суженной основе, если только последствия перерубов не будут компенсированы природовосстановительными мероприятиями.

Еще более отчетливо столкновение сегодняшних и будущих интересов человечества наблюдается при разработке месторождений полезных ископаемых, которые на естественной основе не возобновляются в обозримом периоде, в историческом масштабе. Глубоко конфликтным является и использование ассимиляционного потенциала биосферы. Во всех ситуациях необходимо согласование текущих и будущих потребностей и выработка соответствующей экологической политики.

Информацию о территориальном размещении конкретных природных ресурсов и их запасах в мире и по отдельным регионам можно получить, ознакомившись с работой [34], или изучая материалы периодических научных изданий, например: «География и природные ресурсы», «Природа и ресурсы», «Известия русского географического общества» и др. В этих изданиях также можно найти сведения о современных тенденциях в организации рационального природопользования.

 

Управление качеством окружающей человека среды на основе экологического нормирования, контроля

И прогнозирования

При активном природопользовании наряду с проблемой истощения ресурсов появилась и проблема ухудшения здоровья населения в результате загрязнения… Предпосылкой хорошего здоровья является контроль за содержанием в средах… Величины ПДК являются ограничивающим фактором для хозяйственной деятельности и необоснованное их занижение может…

Процедура «оценка воздействия на окружающую среду», процедура ОВОС

Целям сохранения природных ресурсов, снижения загрязнения среды и установления компромисса между природой и хозяйственной деятельностью людей на… Главной целью выполнения ОВОС в процессе проектирования является создание… а) недопущению деградации окружающей среды;

Взаимосвязь экологии, экономики и социальных проблем

Экологические показатели рациональности природопользования находят сопоставлением закономерностей функционирования природных экосистем и… Универсальной характеристикой различных видов деятельности являются затраты… Количественно антропогенные возмущения оценивают как по величине показателя разомкнутости биологических круговоротов…

Таблица 4.3

Эффективность использования энергетических ресурсов [12]

 

Страна	Энергоемкость ВНП (МДж/млрд. долл. ВНП)	Россия страна
Япония	5,5	10,9
Германия	8,1	6,8
Великобритания	10,0	6,0
Южная Корея	14,8	4,1
США	15,2	4,0
Бразилия	18,8	3,2
Индия	38,0	1,6
Россия	60,1	1,0

Из данных табл.4.3. следует, что энергоемкость на единицу конечной продукции в России неоправданно велика, несмотря на то, что наша страна расположена в северных широтах, разрыв в показателях колоссален.

Характерна для российской экономики картина расходования древесных ресурсов на производство бумаги и картона. Показатель природоемкости здесь равен частному от деления количества вывезенной древесины (м³) на массу произведенных бумаги и картона (т) – см. табл.4.4.

 

Таблица 4.4

Количество вывезенной древесины (м³) в расчете на 1 т произведенных бумаги и картона [12]

 

Страна	Природоемкость, м3/т
Россия
США
Финляндия
Швеция

 

Из данных, представленных в табл.4.4 следует, что по затратам ресурсов на производство 1 т бумаги и картона Россия превосходит развитые страны в 4-6 раз, т.е. для выпуска единицы бумажной продукции и картона необходимо срубить и вывезти в несколько раз больше леса, чем это требуют современные технологии.

Таким образом, отечественная экономика чрезвычайно природоемка и требует значительно большего удельного расхода природных ресурсов на производство продукции по сравнению с уже имеющимися экономическими структурами других стран и современными технологиями.

Для аграрного сектора отставание обслуживающих сельское хозяйство отраслей и видов деятельности оборачивается двух-трех разовым превышением затрат почвенно-земельных ресурсов на получение единицы конечной продукции сельскохозяйственного происхождения, что типично опять же для России [12].

В статистике широко распространен показатель, обратный природоемкости – показатель природной ресурсоотдачи (О) [12]:

(4.4)

В сельском хозяйстве его аналогом является такой традиционный показатель, как урожайность – производство сельскохозяйственной продукции на единице земельной площади. Но урожайность – не полный показатель природной ресурсоотдачи. Это промежуточный показатель в природно-продуктивной цепочке. Он является частичным, суженым показателем ресурсоотдачи. Например, урожайность зерновых в России составляет около 15 ц/га. На потери и нерациональное использование зерна приходится 20-25%, и по конечным результатам реальный выход зерна равен примерно 11-12 ц/га. Это значит, что землеемкость потребления возрастает с 670 м² посевной площади, необходимой для производства 1 ц зерна полезно употребленного до 800-900 м².

Аналогично показатели природоемкости и природной ресурсоотдачи могут определяться на микроуровне – уровне предприятий, объединений, фирм, концернов и т.д.

Важной задачей экологизации экономики является снижение природоемкости: е→min.

Это снижение на макроуровне свидетельствует о вероятном переходе от сформировавшегося техногенного типа экономического развития к экологически гармоничному, устойчивому типу развития.

Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды основано на реализации принципа: «загрязнитель платит». В основе этого принципа лежит рыночный по сути механизм интернализации затрат на предотвращение негативных экстерналий. Получатели экстерналий – третьи лица, которые не являются участниками сделки. Например, некоторое пригородное предприятие производит бумажную продукцию, поставляемую в другой регион и сбрасывает технологическую воду в природный водоем. В данном водоеме купаются приехавшие из города люди. Часть отдыхающих заболела, таков итог купания в загрязненной воде. Предприятия, где работают заболевшие, несут убытки из-за неспособности сотрудников выйти на работу и не имеют возможности оказать непосредственное влияние на фирму-загрязнитель, поскольку между ними отсутствуют экономические отношения. В данном случае не обойтись без вмешательства государства, а именно региональной администрации. Она должна обязать предприятие-загрязнитель провести мероприятия, исключающие заболевания отдыхающих и нарушение природной экосистемы, либо, если возможно, побудить руководство выкупить данный водоем. Интернализация – превращение внешних издержек во внутренние затраты фирм-загрязнителей. При интернализации все природоохранные мероприятия проводят из денежных и материальных средств «загрязнителя», что повлечет удорожание продукции фирмы. При неоправданно высоком уровне загрязнения затраты на его «обезвреживание» будут высоки и производство станет нерентабельным, фирма будет вынуждена прекратить выпуск «грязной» продукции. В выигрыше окажутся фирмы, производящие аналогичную продукцию с помощью «более чистой» технологии, и «третьи лица». Такова идея.

Итак, суть принципа «загрязнитель платит»: именно загрязнитель должен нести расходы по издержкам и мерам по предотвращению загрязнения среды; экологические издержки должны быть отражены в затратах на товары и услуги, производство (потребление) которых вызвало экологический ущерб; меры по охране среды и компенсации экологического ущерба не должны обеспечиваться государством, последнее вносит серьезные нарушения в систему рыночной торговли и конкуренции.

На международном уровне этот принцип отражен в 16 Принципе Декларации Рио (Рио-де-Жанейро, июнь 1992 г., конференция ООН) по окружающей среде и развитию: «Национальные власти должны прикладывать усилия к тому, чтобы добиваться интернализации затрат по охране окружающей среды и использовать экономические инструменты, исходя из того, что сторона, действия которой привели к загрязнению окружающей среды, должна, в принципе, возмещать расходы, связанные с нанесенным ущербом».

Реализации этого принципа способствуют: 1) согласованность национальных экологических стандартов (но это сложно для государств со слабой экономической базой); 2) четкое установление прав собственности на природные ресурсы и экологические блага (включая описанный выше водоем, земли и т.д.); 3) четко (ясно) обозначенные имущественные отношения [30].

Последние два пункта позволяют реализовать и рыночную торговлю правами на загрязнение, что является и экономическим инструментом охраны окружающей среды, и основой экологического бизнеса и рынка. Наибольшее распространение получили следующие системы торговли правами на загрязнение.

1. Система «пузыря» (bubblej system), при которой два (или несколько) стационарных источников загрязнения имеют право в рамках, установленных для них суммарных ограничений на выбросы некоторого приоритетного загрязнителя (например, диоксида серы для ТЭЦ) перераспределять между собой права на загрязнение. Перераспределение подчиняется следующему требованию: если допустимый уровень загрязнения поднимается для одного из источников, то, по меньшей мере, на столько же должен опуститься возможный уровень загрязнения для другого. При этом фирма, переуступающая свои права на загрязнение, делает это не безвозмездно, а за определенную компенсацию. Происходит купля-продажа прав на загрязнение, на которые в результате устанавливаются рыночные цены.

2. Компенсационные программы («offset» programmes). В их рамках фирма может приобрести возможность открытия или расширения производственной деятельности, сопровождающейся загрязнением среды в тех регионах, где запрещается дальнейшее усиление экологической нагрузки (например, в районах экологического бедствия). При применении подобных программ фирма, желающая увеличить свои выбросы (сбросы), может купить такое разрешение у уже действующего в данном регионе предприятия. Последнее же обязано сократить свои выбросы настолько, чтобы достигнутый ранее уровень загрязнения природной среды был бы, по меньшей мере, не превышен.

3. Система производственных квот, при которой можно обмениваться установленными квотами на поступление некоторых загрязнителей в окружающую среду, связанными, в свою очередь, с определенным уровнем производственной деятельности. Подобная система положена в основу принятого в 1987 г. Монреальского протокола по веществам, разрушающим озоновый слой. Она служит установлению для различных стран квот на производство (поставку в окружающую среду) фреонов. Аналогичный подход предполагается применить и при введении в действие Конвенции об изменении климата, нормирующей для отдельных стран выбросы в атмосферу парниковых газов.

Сегодня на международном уровне принято, что показатели ВНП (валовой национальный продукт), ВВП (валовой внутренний продукт), ЧНП (чистый национальный продукт) не могут служить адекватными характеристиками благосостояния населения, т.к. в рамках системы национальных счетов (СНС) значительная часть экономических благ и услуг и прежде всего общественные экологические блага, не являются рыночными товарами, не включаются в перечень потребительских благ и услуги не получают денежной оценки. При формировании основных показателей социально-экономического развития (в том числе ВНП и ВВП) в полном объеме не учитывают внешние экстернальные эффекты в форме загрязнения среды, негативного влияния на здоровье населения и его производительность. Соответственно, понесенные в течение года затраты на частичное предотвращение загрязнения природной среды и деградации экосистем или на компенсацию отрицательных последствий этих процессов автоматически приводят к возрастанию ВНП (ВВП) и интерпретируются как фактор возрастания благосостояния населения. Наличие этих недостатков было, в частности, подтверждено результатами анализа экономического роста в Индонезии. Анализ проведен за период 1971-1984 г.г. с учетом истощения только трех природных ресурсов – нефти, леса, почвы. Переоценка ЧНП Индонезии с учетом нерационального природопользования привела к корректировке среднегодовых темпов роста с 7,1 до 4%. В целях объективной экономической оценки развития того или иного государства в настоящее время разработана и рекомендована ООН для использования в качестве методической и информационной базы при разработке национальных программ и планов устойчивого развития – интегрированная система экономических и экологических национальных счетов (ИСНС) [30]. Устойчивое развитие – развитие общества, которое удовлетворяет потребностям настоящего времени и не ставит под угрозу способность будущих поколений удовлетворять свои потребности [31].

Первым, кто поставил вопрос о необходимости учета в процессе рыночного выбора, а также при оценке благосостояния потребности будущих поколений был английский экономист представитель кембриджской школы Артур Пигу (1877-1959). Для решения вопроса в пользу будущих поколений А. Пигу предложил: 1) ввести специальное налогообложение, стимулирующее сбережение ресурсов; 2) осуществлять особую законодательную деятельность государства по защите невозобновляемых ресурсов (нефти, газа и пр.); 3) стимулирование инвестиций в природохозяйстве отрасли с длительным воспроизводственным циклом (например, лесное хозяйство).

Экономические рыночные «рычаги» охраны природы и среды должны быть подкреплены и административными: законодательными и правовыми актами. Разработка последних должна базироваться на глубоком понимании законов естественных и осмыслении последствий нарушения экологического равновесия.

Завершая данный раздел, перечислим все экологические критерии рационального природопользования, которые мы обсудили в пособии:

- показатель разомкнутости биологических круговоротов (см. формулу (3.11));

- правило десяти процентов (см. п.4.1.2);

- вложение энергии в земледелие (см. п.4.3);

- природоемкость экономики (см. п.4.3).

Задумайтесь над экологической сутью этих показателей.

 

 

Вопросы для самостоятельных занятий к разделу 4

1. В чем заключаются основные особенности человека как биологического вида?

2. Проанализируйте основные экологические проблемы человечества, расположите их в порядке значимости с Вашей точки зрения, обоснуйте свою позицию.

3. Каковы экологические последствия применения оружия массового уничтожения?

4. Перечислите глобальные эффекты от загрязнения окружающей среды.

5. Почему недопустимо сжигание мусора в произвольно выбранных местах?

6. Укажите причины образования кислотных дождей, перечислите экологические последствия их воздействия на живые организмы.

7. В чем заключена защитная функция озона в стратосфере?

8. Каков механизм формирования «парникового» эффекта?

9. Опишите положительные и отрицательные последствия «парникового» эффекта.

10. Что представляет собой биологическое загрязнение?

11. Каковы экологические последствия информационного и физического загрязнения?

12. Чем ограничено потребление энергии людьми на собственные нужды, каков выход из энергетической кризисной ситуации?

13. Как связано биоразнообразие с устойчивостью экологических систем?

14. Какова роль невозмущенных человеком территорий в стабилизации биотических процессов в биосфере?

15. Сопоставьте значения показателя разомкнутости биотических круговоротов для природных экосистем с его значением для агроценозов.

16. Возможна ли полная замена природных экосистем агроценозами?

17. В чем заключена относительность понятий «природный ресурс» и «биологически природный ресурс»?

18. Какие нетрадиционные энергоресурсы Вам известны?

19. Что означает термин «ассимиляционный ресурс»?

20. Раскройте суть биологической очистки воды.

21. Что лежит в основе установления численных значений предельно допустимых выбросов (ПДВ) и сбросов (ПДС)?

22. В чем заключено отличие предельно допустимых выбросов (ПДВ) и от временно согласованных выбросов (ВСВ)?

23. Перечислите этапы управления качеством среды окружающей человека.

24. Сформулируйте цель и перечислите стадии процедуры ОВОС.

25. Что понимают под термином «вложение энергии в земледелие»?

26. Приведите примеры проявления закона снижения энергетической эффективности природопользования.

27. Сопоставьте среднестатистические значения необходимой энергии пищи одного человека и суммарное энергопотребление современного человека, включая обогрев, затраты на одежду и т.п. (единицы измерения – Вт, т.е. Дж/с).

28. Какие параметры и их количественные соотношения следует учесть при определении оптимальной численности людей на Земле?

29. В каких единицах измеряют природоемкость?

30. Какая тенденция в изменении природоемкости свидетельствует об экологической рациональности ведения хозяйства?

31. Сформулируйте необходимые условия реализации принципа «загрязнитель платит».

32. Какие системы торговали правами на загрязнение среды Вам известны?

33. Находят ли объективное отражение в ВВП и ВНП последствия нерационального природопользования? Ответ обоснуйте.

34. Перечислите (выпишите) эколого-экономические критерии рационального природопользования, какие экологические параметры в них входят непосредственно или косвенно?

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ С НЕСКОЛЬКИМИ ПРИМЕРАМИ О СВЯЗИ ЭКОЛОГИИ И ПОЛИТИКИ

 

Биолого-экологические исследования позволили установить, что основа существования всех живых организмов Земли, включая человека, – последовательная передача энергии от Солнца по всем звеньям живой материи. При этом на отдельных участках нашей планеты организуются замкнутые в определенной мере круговороты биогенов. Разомкнутость круговоротов в природных экологических системах согласно [15] составляет сотые доли процента. Сообразно с организацией круговоротов все живые организмы выполняют в природных сообществах определенные функции (продуценты, консументы, редуценты). При выпадении отдельных видов из цепи их место занимают новые, благодаря, либо миграции из соседних экосистем, либо образовавшиеся в результате мутации (как произошло в случае вирусов СПИДа). Отдельные природные сообщества и системы в целом достаточно устойчивы, благодаря обратным отрицательным связям. При наличии обратных положительных связей экологическая система работает «вразнос», отдельные виды претерпевают эволюционные изменения (мутируют), в результате образуется качественно новая экологическая система.

Понятие «природный ресурс» условно и имеет смысл только для относительно небольшого отрезка времени: от нескольких десятков лет до нескольких тысячелетий. Еще более условно понятие «природный биологический ресурс», поскольку все сообщества живых организмов (биоценозы) сформировались вследствие необходимости замкнутости биотических круговоротов веществ и стабилизации условий окружающей среды. Из всех возможных видов, способных существовать в земных условиях, отобраны только те виды, которые могут производить необходимые действия в рамках своих сообществ по выполнению определенной работы по стабилизации окружающей среды. Сама окружающая среда приготовлена во многом живыми организмами и поддерживается ими в оптимальном для жизни состоянии. Любой вид продукции (Р₍₊₎)живых организмов в биосфере компенсируется ее деструкцией (Р_(-)), и оба процесса основаны на переработке материалов создаваемых самими организмами. Из представлений о биогеохимических круговоротах веществ (биогенов) следует, что функционирование природных биоценозов не основано на потреблении ресурсов окружающей среды. В естественном сообществе не могут присутствовать виды-разрушители, которые разрушили бы скоррелированность сообщества и лишили бы его способности регулировать окружающую среду.

Человек (биологический вид) обладая уникальным свойством – культурой и ее составной частью: способностью к организации научно-технического прогресса, распространился практически по всей площади суши Земли. Теперь биосферная оболочка Земли буквально опутана возмущающими антропогенными потоками массы, энергии, информации (вспомним интернет). В результате нарушены естественные круговороты биогенов, что может обусловить эволюционную составляющую, направленную против самого человечества. Последнее может обернуться бесплодием, безумием, наркоманией, смертельной пандемией. Цивилизованное человечество именно благодаря культуре имеет корни вида-разрушителя. Но смысл плотской (биологической) жизни человека не может отличаться от смысла жизни остальных живых существ природы. Учитывая рост численности популяции людей и то, что их экономическая деятельность перерастает в глобальное разрушение всей биосферы, сегодня актуальна корректировка культуры человечества в целом на основе данных экологии. Основная работа, выполняемая человеком, должна быть направлена не на экстенсивное развитие цивилизации, а на сохранение естественных сообществ в невозмущенных до определенного порога состояниях: К~0,000А.

Для погашения возмущений (разомкнутости биотических круговоротов сверх нормы) необходимо наличие на Земле достаточного количества невозмущенных территорий – территорий, не затронутых хозяйственной деятельностью. Например установлено, что примерно 33% поверхности суши должно быть покрыто лесом [21, 28]. Сегодня человечеством освоено 60% площади суши. При снижении площадей, охваченных антропогенной деятельностью, до 40%, то есть в 1,5 раза, даже при сохранении современной скорости сжигания ископаемого топлива, глобальное изменение круговорота углерода и накопление диоксида углерода (СО₂) в атмосфере будет остановлено. При указанном сокращении практически все виды тех диких животных, которые объективно обречены сегодня на вымирание, выживут и восстановят свои популяции. Чтобы возмущения не привели к катастрофическим для людей последствиям, антропогенное потребление энергии в сумме не должно превышать 10¹² Вт [15]. Современное энергопотребление одного человека при питании составляет 120 Вт или 2500 ккал/сутки (при массе человека 67 кг). Суммарная же доля энергопотребления одного человека, включая хозяйственные нужды, перемещение на транспорте и т.п. в среднем составляет 2,5·10³ Вт (2,5·10³ Дж/с). Отсюда можно сделать вывод о необходимости сокращения численности народонаселения до, примерно, 2 млрд. человек. В 2000 г. население Земли насчитывало 6 млрд. человек. К сокращению численности приведет утверждение экологической глобальной морали, основным пунктом которой является рождение в каждой семье не более одного ребенка на период в 100 лет.

На основании данных о потреблении первичной продукции в природных экосистемах суши различными группами живых организмов установлено, что люди не должны потреблять более 1% от общей массы (выраженной в килограммах) различных видов дикорастущих растений суши, включая древесину, потребляемую на строительство и отопление жилищ, производство бумаги и т.п., болотных растений и других.

Человечество само «порождает» экологические факторы, которые обусловливают негативные мутации. Разум людей мало управляет генетическим кодом человека. Изменения этого кода во многом зависят от условий окружающей среды.

Поскольку поток энергии является основным индикатором состояния биосферы, в экономико-экологические показатели следует ввести энергетический компонент, например затраты энергии при получении продукта. Необходимо установить предельные затраты энергии (предельные значения природоемкости) при производстве конкретных видов продукции. В агроценозах необходимо контролировать вложения энергии в земледелие, они не должны превышать в средних географических широтах значения 15·10⁹ Дж/га·год. Земледелие в полярных и экваториальных регионах не оправдано ни экономически, ни экологически. Учитывая, что в умеренных широтах максимально допустимая величина вложения энергии в земледелие составляет 15·10⁹ Дж/га·год и то, что при этом разомкнутость круговоротов биогенов превышает естественный уровень показателя в 4·10³ раз, можно ориентировочно предположить: предельная величина антропогенного вложения энергии в национальных парках в умеренных широтах составляет 3,8·10⁶ Дж/га·год.

Предметом международных соглашений должны явиться квоты на потребление и выработку энергии в отдельных регионах, исходя из максимально допустимой величины на данный исторический период. Сегодня антропогенный поток энергии превышает порог устойчивости биосферы, его величина должна быть планомерно и постепенно снижена.

Учитывая масштабы антропогенной деятельности, закон падения природно-ресурсного потенциала, объективно отражающей функционирование природно-техногенных систем; нетрудно понять, что на данном историческом этапе не существует частных экологических проблем природопользования, все они глобальны. Человечество должно научиться говорить на «общем языке»: языке международных соглашений и исполнения их содержания.

Представляются разумными рекомендации Айерса по формированию основ международного сотрудничества [22]:

1) промышленно развитому миру следует сократить потребление материалов (природных ресурсов) на единицу ВВП на 90% - т.е. в 10 раз, на протяжении жизни двух поколений;

2) в устойчивой экономике ХХI века должны доминировать сферы обслуживания;

3) решить демографическую проблему (остановить рост народонаселения), а затем снизить численность людей.

Во исполнение позиции 3, для афро-азиатских стран было бы важно учесть необходимость:

· серьезной программы по преодолению неграмотности;

· программы контроля за численностью населения (положительный опыт Китая).

Также при выборе стратегии развития для афро-азиатских стран необходимо сделать ставку на отказ от торговли оружием. В противном случае продавец может стать жертвой эффекта бумеранга, поскольку сегодня нет проблем локальных загрязнений, они глобальны. Достаточно вспомнить о Чернобыле.

Хотелось бы надеяться, что просвещенные люди всего мира знают об опыте средневековой Европы, когда в ответ на экологическую кризисную ситуацию (эпидемии, неурожаи), католическая церковь осенью 1095 г. в лице папы Урбана II призвала к священным походам на Восток. Небезинтересно с экологических позиций привести некоторые фрагменты его выступления: «Земля, которую вы населяете … сделалась тесной при вашей многочисленности. Богатствами она не обильна и едва дает хлеб тем, кто ее обрабатывает. Отсюда происходит то, что вы друг друга кусаете и друг с другом сражаетесь… Теперь же может прекратиться ваша ненависть, смолкнет вражда и задремлет междоусобие. Предпримите путь ко гробу святому, исторгните ту землю у нечестивого народа и подчините ее себе… Кто здесь горестен и беден, там будет богат». И свершилось… народы были втянуты в многолетние, почти двухсотлетние войны; в итоге отрегулировали плотность населения. Сегодня подобное не пройдет, человечество погибнет, а часть прочих живых организмов, частично отмутировав, благополучно создаст новые природные экологические системы в которых не будет экологических ниш для биологического вида Homo Sapiens.

В октябре 2003 г. Римский Папа Иоанн-Павел Второй принес извинения за крестовые походы, инквизицию и первым переступил порог синагоги.

Завершим изложенное четырьмя напутствиями Б.Коммонера [31]:

1. Все связано во всем (вред, наносимый одному элементу экосистемы, может привести к большим неблагоприятным последствиям в функционировании всей экосистемы).

2. Все должно куда-то деваться (ландшафты Земли, географическая оболочка в целом – в известном смысле замкнутые системы; бытовые и производственные отходы, попадая в окружающую среду, не исчезают бесследно; у природных систем остается все меньше сил, чтобы справляться с переработкой веществ, загрязняющих среду обитания людей; вокруг городов растут свалки мусора, загрязняющие вещества разносятся далеко от мест выброса воздушными и водными потоками).

3. Природа знает лучше (человек, самонадеянно желая «улучшить» природу, нарушает ход естественных процессов; последствия разного рода мелиораций делают среду обитания людей еще менее благоприятной).

4. За все надо платить (человек не может безвозмездно расходовать природные ресурсы, загрязнять окружающую среду, преобразовывать природные ландшафты в культурные и т.п.; все виды взаимодействия человека с природой должны оцениваться экономически, на основании грамотного определения экологического ущерба).

Будущее человека зависит от того, какой станет окружающая его среда и как будут приспосабливаться к ней люди. Человек как вид биологический может сохраниться в том случае, если он сумеет предотвратить отрицательные последствия изменения окружающей его среды. Второй путь выживания – это адаптация, приспособление к неблагоприятным условиям. Если не произойдет ни первого, ни второго, согласно биологическим законам человечество обречено на вымирание.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. АЛЕКСЕЕВ С.В., ТЕРЕШЕНКОВ О.М., ЖАВОРОНКОВА И.А., ШАГИН А.В. Экология Санкт-Петербурга и области: Учеб. пособие. –Санкт-Петербург, 1995 – 60 с.

2. АНДЕРСОН ДЖ.М. Экология и науки об окружающей среде: биосфера, экосистемы, человек. –Л.: Гидрометеоиздат, 1985. –166 с.

3. БЕЛОКОНЬ Л.С., ЯНШИН А.Л. Современное состояние проблемы экологии человека (в рамках Программы биосферных и экологических исследований АН СССР за 1989 г.) // Известия ВГО. 1991. Т.123. №2 с.113-121.

4. БИОЛОГИЯ. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. М.С. Гиляров. –3-е изд. –М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. –864 с.

5. БИОЛОГИЯ. В 2 кн.: Учеб. для медиц.спец.вузов / В.Н. Ярыгин, В.И. Васильева, И.Н. Волков, В.В. Синельщикова. Под ред. В.Н. Ярыгина. –М.: Высш.шк., 2003. Кн.1 – 432 с., Кн.2 – 334 с.

6. БОГДАНОВСКИЙ Г.А. Химическая экология: Учеб. пособие. –М.: Изд-во МГУ, 1994. –237 с.

7. БРОДСКИЙ А.К. Краткий курс общей экологии: Учеб. пособие. –СПб: ДЕАН, 2001. –224 с.

8. ВИНОГРАДОВ М.Е., МИХАЙЛОВСКИЙ Г.Е., МОНИН А.С. Вперед к природе // Вестник РАН. 1994. Т.64, №9 с.58-67.

9. ВРОНСКИЙ В.А. Прикладная экология: Учеб. пособие. –Ростов н/Д: Феникс, 1996. –512 с.

10. ВРОНСКИЙ В.А. Экология: Словарь-справочник. –Ростов н/Д: Феникс, 1999. –576 с.

11. ГЕННАДИЕВ А.Н., ГЕРАСИМОВА М.И., ПАЦУКЕВИЧ З.В. Скорость почвообразования и допустимые нормы эрозии почв // Вестник МГУ. Сер.5. География. 1987. №3 с.31-36.

12. ГИРУСОВ Э.В. и др. Экология и экономика природопользования: Учебник для вузов. –М.: Закон и право, ЮНИТИ, 1998. –455 с.

13. ГОЛУБЧИКОВ Ю.Н. Холодные пределы продовольственных ресурсов человечества // География и природные ресурсы. 1998. №2 с.16-21.

14. ГОРОХОВ В.Л., КУЗНЕЦОВ Л.М., ШМЫКОВ А.Ю. Экология. Учебное пособие. – СПб: Издательский дом Герда, 2005. –688 с.

15. ГОРШКОВ В.Г. Физические и биологические основы устойчивости жизни. –М.: ВИНИТИ, 1995. –471 с.

16. ГОРШКОВ В.Г. Энергетические потоки биосферы и их потребление человеком // Известия ВГО. 1980. Т.112. №5 с.411-418.

17. ГОРШКОВ В.Г., КОНДРАТЬЕВ К.Я., ЛОСЕВ К.С. Земля в опасности (концептуальные аспекты региональной и глобальной экологии в конференции ООН по окружающей среде и развитию // Известия РГО. 1992. Т.124. №4 с.305-316.

18. ГУМИЛЕВ Л.Н. Этногенез и биосфера Земли. –Л.: Изд-во Ленинград. Университета, 1989. –496 с.

19. ДАНИЛОВ А.Д., КАРОЛЬ И.Л. Атмосферный озон – сенсации и реальность. –Л.: Гидрометеоиздат, 1991. –120 с.

20. ДЕМИНА Т.А. Экология, природопользование, охрана окружающей среды: Пособие для учащихся старших классов общеобразовательных учреждений. –М.: Аспект Пресс, 1996. –143 с.

21. ДРЕЙЕР О.К., ЛОСЬ В.А. Развивающийся мир и экологические проблемы. –М.: Знание, 1991. –64 с.

22. КОНДРАТЬЕВ К.Я. Поворотная точка: конец парадигмы роста // Известия РГО. 1999. Т.131. №2 с.1-14.

23. КОНДРАТЬЕВ К.Я. Вторая конференция ООН по окружающей среде и развитию: некоторые результаты и перспктивы // Известия РГО. 1993. Т.125. №3 с.1-8.

24. КУРС практической психологии, или как научиться работать и добиваться успеха: Учеб. пособие для высшего управленческого персонала / Автор-составитель Р.Р. Кашапов. –Ижевск: Изд-во Удмуртского ун-та, 2000. 448 с.

25. КУТЕПОВ А.М. и др. Общая химическая технология. –М.: Высш. шк., 1990. –520 с.

26. ЛЕВИН А.С. Введение в общую экологию /Под ред. академика АН Эстонии Ю.Мартина. –Силламяэ: ИЭ иУ, 1998. –317 с.

27. ЛЕВИН А.С. Введение в общую экологию. –Таллин: LEX, 1996. –178 с.

28. ЛОСЬ В.А. Взаимоотношения общества и природы как глобально-региональная проблема (на примере развивающихся стран). Обзор. Спец. информация по проблемам экологии. –М.: ИНИОН АН СССР, 1991. –84 с.

29. МАЗУР И.И., МОЛДОВАНОВ О.И. Курс инженерной экологии: Учебник для вузов. –М.: Высш. шк., 1999. –447 с.

30. ПАХОМОВА Н.В., РИХТЕР К.К. Экономика природопользования и экологический менеджмент: Учеб.пособие. –СПб: ОЦЭ и М, 2006. –460 с.

31. ПЕТРОВ К.М. Общая экология: взаимодействие общества и природы: Учеб. пособие для вузов. –СПб: Химия, 1997. –352 с.

32. ПТИЦЫН А.Б., ДМИТРИЕВ А.Н., ЗОЛЬНИКОВ И.Д., КОВАЛЕВ В.П. Геологические аспекты рационального природопользования // География и природные ресурсы. 1999. №1 с.28-34.

33. РЕЙМЕРС Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. –М.: Мысль, 1990. –637 с.

34. РОМАНОВА Э.П., КУРАКОВА Л.И., ЕРМАКОВ Ю.Г. Природные ресурсы мира: Учеб. пособие. –М.: Изд-во МГУ, 1993. –304 с.

35. СТАДНИЦКИЙ Г.В. Экология: Учебник для вузов. –СПб: Химиздат, 2004. –288 с.

 

ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ УКАЗАТЕЛЬ

Абиотические условия 110

Агробиоценоз(ы) 85, 105, 126* Агрофитоценоз 105*, 126 Агроценоз(ы) 85, 105, 126*, 189