- •Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
- •Экология: природопользование, инженерная защита окружающей среды
- •Экология: природопользование,
- •Глава 1. Глобальные проблемы цивилизации и возникшие экологические кризисы
- •Демографический взрыв и его экологические последствия
- •1.2. Проблема нехватки продуктов питания
- •1.3. Проявление парникового эффекта
- •1.4. Появление озоновых дыр
- •1.5. Проблема кислотных дождей
- •1.6. Уничтожение лесов и их последствия
- •1.7. Истощение энерго- и минеральных ресурсов
- •1.8. Деградация сельскохозяйственных угодий
- •1.9. Эвтрофирование водоёмов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 2. История развития экологии как науки и её основные законы
- •2.1. Развитие экологических знаний
- •2.2. Этапы формирования классической экологии
- •2.3. Основные разделы экологии
- •2.4. Системные связи в биосфере
- •2.5. Принципы и теории систем в экологии
- •2.6. Фундаментальные законы экологии
- •2.7. Цель, содержание и задачи дисциплины «экология»
- •2.8. Предмет и методы экологических исследований
- •2.9. Связь экологии с другими науками
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 3. Понятия и термины в экологии
- •3.1. Понятие о среде обитания и адаптации
- •3.2. Экологические факторы и типы реакций организмов на внешние воздействия
- •3.3. Общий характер действия экологических факторов и понятие о лимитирующих условиях окружающей среды
- •3.4. Фитоценоз и экологическая ниша
- •3.5. Биоценоз, его свойства и связи в нём
- •Пищевые цепи, сети и трофические уровни
- •Отношения организмов в биоценозах
- •3.6. Биогеоценоз и взаимоотношения в нём
- •3.7. Экосистемы и их основные свойства
- •Саморегуляция и устойчивость экосистем
- •3.8. Сукцессии, их происхождение и прогнозирование. Синузия
- •3.9. Агроэкосистема и её регулирование
- •3.10. Популяция и её свойства
- •Круговорот веществ и энергии в эко - и агроэкосистемах
- •3.12. Устойчивость современных косистем к техногенезу
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 5. Природно-ресурсный потенциал
- •5.1. Природно-ресурсный потенциал
- •Взаимодействие природы и общества. Ресурсные циклы
- •Эффективность использования природных ресурсов
- •Особо охраняемые природные территории и их роль в сохранении экологического равновесия в биосфере
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 6. Сущность и основные виды природопользования
- •6.1. Понятия, виды, формы и основы рационального природопользования
- •6.2. Лицензия на право потребителя природных ресурсов
- •Лицензия на использование животного мира
- •Лицензирование на пользование атмосферным воздухом
- •6.3. Лимитирование природопользования
- •6.4. Договорно-арендные отношения в области природопользования
- •Договор аренды комплексного природопользования
- •6.5. Основные положения рационального природопользования
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 7. Природоохранные мероприятия, технологии и техника
- •7.1. Классификация и основные направления природоохранныхи природозащитных мероприятий
- •7.2. Очистка газопылевых выбросов
- •7.3. Очистка газовых выбросов от газо- и парообразных загрязнителей
- •7.4. Очистка сточных вод
- •7.5. Утилизация и ликвидация твёрдых отходов
- •7.6. Малоотходные и безотходные производства
- •7.7. Биотехнологии и их значение для защиты окружающей среды
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава. 8. Влияние загрязнения окружающей среды обитания на здоровье человека
- •8.1. Состояние биосферы и болезни населения
- •8.2. Факторы, вызывающие негативные воздействия на население Биологические факторы
- •Химические факторы
- •8.3. Химические соединения и физические факторы, опасные для здоровья человека
- •Продукты жизнедеятельности вредителей
- •Физические факторы
- •8.4. Нитраты и их влияние на организм человека
- •8.5. Тяжёлые металлы и их воздействие на организм человека
- •8.6. Болезни человека, связанные с влиянием среды обитания на его психическое состояние
- •Экологический спид человечества
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 9. Взаимозависимость экономики и экологии
- •9.1. Взаимосвязанность экологии и экономики
- •9.2. Эколого-экономический учёт природных ресурсов и загрязнителей
- •9.3. Новые механизмы финансирования охраны окружающей природной среды
- •Плата за использование природных ресурсов
- •Экологические фонды
- •Экологическое страхование
- •Экологическая обусловленность экономики
- •Зависимость экономики от ресурсов биосферы
- •9.4. Главные слагаемые экологизации экономики Основные составляющие
- •Вопросы для самоконтроля
- •Глава 10. Природоохранная деятельность рф
- •10.1. Нормативные документы по охране природной среды в России
- •10.2. Основные направления в природоохранной деятельности рф
- •1. Природно-экономические особенности хозяйства
- •2. Прогноз антропогенных изменений природного комплекса и их влияние на развитие хозяйства
- •3. Система мер комплексной охраны природы на территории хозяйства
- •10.3. Международное сотрудничество рф в области охраны природной среды
- •Вопросы для самопроверки
2.4. Системные связи в биосфере
Среди форм взаимоотношений между организмами разных видов в природе главное место занимают взаимодействия, которые обобщённо могут быть обозначены как «пища – потребитель пищи» или «ресурс – эксплуататор». Сюда относятся такие явления, как отношения хищника и его жертвы, поедание травы фитофагами, паразитизм на теле хозяина и т.д. Взаимодействие в каждой из таких пар можно представить в виде контура прямых и обратных связей. Примером здесь могут служить взаимодействия численности особей в популяциях хищника (Х) и его жертва (Ж) (рис.2.2).
─ +
+ ─
Рис.2.2. Системная связь жертва-хищник
Они связаны положительными и отрицательными причинными зависимостями. Знаки (+) и (-) в данном случае обозначают не качественный результат связи, не «хорошо» или «плохо», а однонаправленность (+) или противонаправленность (-) изменений. Чем больше численность популяции жертвы, тем больше пищи для хищников и численность их возрастает (положительная прямая связь, +), но чем больше хищников, тем больше они уничтожают жертв и численность жертв уменьшается (отрицательная обратная связь, -).
Если речь об одном виде хищника и одном виде жертвы, то хищник не в состоянии уничтожить всех жертв, поскольку при снижении плотности жертв затраты энергии на их поиск и охоту начинают превышать энергетическую ценность пойманной жертвы. Основная часть жертв обычно избегает встречи с хищником. В целом такой контур имеет отрицательный знак (-), «плюс и минус дают минус». Это означает, что система способна сама себя поддерживать, хотя и колеблется около какого-то более или менее стабильного уровня. Можно предположить, что в какой-то период количество жертв уменьшилось потому, что в предыдущем периоде оно увеличилось. Каждый из связанных таким образом членов системы становится причиной своего собственного поведения во времени. Рассмотрим поведение более сложного контура (рис.2.3).
+ +
+
─
+
+
─ ─
Рис.2.3. Схема взаимодействий (причинных связей) между основными компонентами экосистемы водоёма (по Т.А. Акимовой и др. 2001): М – минеральные питательные вещества; Ж – животные; Б – бактерии;
Д – детрит; В – водоросли
Предположим, что под влиянием какого-то внешнего фактора, например, благоприятной температуры или попадания в водоём питательных веществ началось усиленное развитие водорослей – фитопланктона. Это приводит к уменьшению запасов минеральных веществ в воде и росту количества животных – от зоопланктона до рыб. Вызванное этим явлением чрезмерное выедание фиотопланктона приводит через определённое время к ограничению размножения животных. Временное повышение биомассы гидробионтов ведёт к нарастанию массы детрита. Будучи пищей для бактерий, детрит вызывает усиленное их размножение и преобразуется ими в минеральные продукты. Цикл замыкается, контур в целом имеет отрицательный знак. В данном случае сама система способна к самоподдержанию. На подобных механизмах основаны процессы самоочищения водоёмов.
Необходимо отметить исключительное значение отрицательных обратных связей для любых систем, в которых осуществляется регуляция. Отрицательная обратная связь является главным элементом любого регулятора в технике. На принципе обратной связи построены все механизмы регуляции и поддержание постоянства внутренней среды и внутренних взаимосвязей, то есть гомеостаза любой авторегуляторной системы. Все экологические системы включают контуры отрицательных обратных связей. В отличие от них, контуры положительных связей не только не способствуют регуляции, а наоборот, генерируют дестабилизацию систем, приводя их либо к угнетению или гибели, либо к ускоряющему росту, «разгону» системы, за которым, как правило, следует срыв и разрушение системы. Чтобы изменить поведение системы, недостаточно изменить связи, гораздо важней добавить или изъять какие-то кольца связей, которые могли бы изменить знак внутри контура.
Гармонизирующее с окружающей средой производство и потребление продуктов должны основываться на законах экологии, в том числе сформулированных известным американским учёным-экологом Барри Коммонером.
Согласно первому закону «Всё связано со всем» все экосистемы являются взаимонастрающимися и взаимоуровновешанными. При каких-либо отклонениях в одном звене экосистема в целом стабилизируется благодаря динамическим самоконтролирующим свойствам, а при слишком сильных отклонения может произойти её разрушение. Допустимые отклонения, не приводящие к драматической развязке, определяются сложностью системы и её кинетическими параметрами (скоростью метаболизма различных популяций, входящих в систему и т.п.). Разрушение отдельных звеньев приводит к упрощению экосистем и к их большей «ранимости». Иллюстрацией упадка экосистемы может служить разрушение кислородного обмена в воде, вызываемое эвтрофированием, которое тесно связано с увеличением в бассейне большого количества питательных веществ, транспортируемых со сбросными водами. Питательные вещества стимулируют рост водорослей, а плотный их слой начинает препятствовать проникновению в нижние слои воды солнечного света, который необходим для фотосинтеза.
Количество отмираемых водорослей неуклонно растёт, и весь растворённый в воде кислород расходуется на их разложение, что приводит к гибели разлагающих водоросли бактерий, которые не могут существовать без свободного кислорода и других водных организмов.
Второй закон гласит: «Всё куда-то должно деваться». В природе продукты жизнедеятельности одних организмов служат «сырьём» для других. Многие производственные технологические отходы часто не вписываются в природные экосистемы из-за слишком больших объёмов или чужеродности и тем самым загрязняют их. Дальнейший путь загрязняющих веществ может быть самым необычным. Так, например, содержащаяся в выбросах многих химических предприятий ртуть попадает в организм рыб, из рыб – в организм человека и накапливается в нём, так как ртуть очень слабо участвуют в метаболизме. Производственные и бытовые отходы, поступая в окружающую среду, не исчезает бесследно, а остаются чуждыми ей.
Третий закон: «Природа знает лучше». Любое крупное изменение природной системы вредно для неё, ибо эта система прошла несравненно более длительную эволюцию, чем период развития цивилизации, и усовершенствовалась до уровня тончайшего механизма, в которой каждая, даже самая мелкая деталь, играет незаменимую роль. Для любой органической субстанции, вырабатываемой организмами, в природе существует исторически сформировавшийся фермент, благодаря чему происходит её разложение. Большинство синтезированных человеком веществ отличаются от природных систем тем, что они в естественных условиях не разлагаются, а накапливаются в окружающей природной среде. Попав в живой организм, эти вещества могут вызывать самые неожиданные последствия. Данный закон призывает нас к предельной осторожности при взаимодействии с природной средой.
Четвёртый закон: «Ничто не даётся даром, за всё надо платить». Всё, что человек берёт от природы, должно быть рано или поздно возмещено, так как глобальная экосистема является единым целым, в рамках которого не может быть что-то выиграно или потеряно. Как пишет Б. Коммонер: «…платежа по этому векселю никак невозможно избежать, он может быть только на время отсрочен».
Таким образом, по Б. Коммонеру, любой технологический процесс не должен приводить к нарушению каких-либо звеньев экосистемы. Если нарушения произошли, то они подлежат устранению. Наименьшее число нарушений в экосистеме вызывает такое производство, которое имеет высокую степень замкнутости. В подобном производстве отходы сводятся к минимуму, а поток материалов приближается к замкнутому кругообороту вещества, как в природных системах.