- •Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации Тверской государственный технический университет
- •Тверь 1998
- •Предисловие
- •Введение
- •1. Важнейшие научные концепции и положения экологии
- •1.1 Исходные теоретические концепции экологии
- •1.2 Взаимоотношения организма и среды
- •1.3.Экология популяций и сообществ
- •1.4.Экологические системы
- •1.4.1. Общая характеристика.
- •1.4.2.Превращения энергии в экосистемах.
- •1.4.3.Классификация экосистем.
- •1.4.4.Эволюция и устойчивость экосистем.
- •2.Биосфера и человек
- •2.1.Структура и эволюция биосферы
- •2.1.1.Состав и границы биосферы.
- •2.1.2.Циркуляция элементов в биосфере.
- •2.1.3.Эволюция биосферы.
- •2.2.Человек в биосфере
- •2.3.Экология человека
- •2.3.1.Среды жизни человека и формы его адаптации к ним.
- •2.3.2.Адаптивные типы и расы.
- •2.4.Основные направления антропогенных воздействий на биосферу
- •2.4.1.Современные воздействия человека на биосферу.
- •2.4.2.Общая характеристика негативных воздействий экономической деятельности человека на пс.
- •3.Актуальные экологические проблемы человечества в биосфере
- •3.1.Проблема роста народонаселения
- •3.2.Проблема урбанизации
- •3.3.Глобальные последствия загрязнения атмосферы
- •3.4.Опасность ядерных катастроф и радиоактивных загрязнений
- •3.5. Проблема истощения природных ресурсов
- •3.6. Региональные экологические проблемы Тверской области
- •3.7. Прогнозирование и оценка экологического риска.
- •4.Охрана биосферы
- •4.1.Экологические принципы охраны природы и рационального природопользования
- •4.2.Концепция экологической безопасности и устойчивого развития рф
- •4.3. Экологический мониторинг в биосфере, рф и ее регионах
- •4.4. Международное сотрудничество по охране ос
- •4.5.Основные формы и методы защиты природной среды и решения экологических проблем
- •5.Защита компонентов биосферы
- •5.1.Защита атмосферы от материальных загрязнений
- •5.1.2.Характеристика и источники загрязнения атмосферы.
- •5.1.3. Нормирование загрязнений атмосферы.
- •5.1.4.Контроль за состоянием чистоты атмосферы.
- •5.1.5.Защита_атмосферного воздуха.
- •5.1.6.Рассеивание выбросов в атмосфере.
- •5.1.7.Методы очистки выбросов.
- •5.2.Защита водной среды от материальных загрязнений
- •5.2.1. Экологическая характеристика водной среды.
- •5.2.2.Водопользование и его виды.
- •5.2.3.Виды и источники загрязнения водной среды.
- •5.2.4.Нормирование качества воды.
- •5.2.5.Контроль качества воды и регламентация спуска св в водоемы и канализацию города.
- •5.2.6.Основные направление защиты водной среды.
- •5.2.7.Методы очистки св.
- •5.2.8.Оборотное водоснабжение предприятий
- •5.3.Охрана почв и земель
- •5.3.1.Экологическое значение почв.
- •5.3.2.Антропогенные воздействия на почвы.
- •5.3.3.Борьба с порчей почв, земли и рекультивация земель.
- •5.4. Охрана флоры и фауны
- •5.4.1. Охрана растительного мира.
- •5.4.2. Охрана животного мира (фауны).
- •5.5. Охрана недр
- •5.6. Защита опс от радиоактивных загрязнений
- •5.6.1. Важнейшие параметры ии и единицы их измерения.
- •5.6.2. Характеристика и источники рз в рф.
- •5.6.3. Гигиеническое нормирование техногенного облучениялюдей.
- •5.6.4. Радиационный контроль (рк) в рф.
- •5.6.5. Защита от ии.
- •5.6.6. Принципы обеспечения рб населения.
- •5.7. Защита опс от энергетических загрязнений
- •5.7.1. Защита населения от акустических загрязнений.
- •5.7.2. Защита населения от вибраций.
- •5.7.3. Защита населения от неионизирующих электромагнитных загрязнений.
- •5.7.3.1. Защита населения от воздействий змп промышленной частоты.
- •5.7.3.2. Защита населения от воздействий змп радиотехнических объектов (рто).
- •5.7.4. Защита опс от тепловых загрязнений стз).
- •6. Основы экономики природопользования
- •6.1. Взаимоотношения человеческого общества и природы, варианты его решения
- •6.2. Экологическая экспертиза хозяйственной и иной деятельности
- •6.3. Оценка ущерба от загрязнений опс
- •6.4. Экономический механизм природопользования в рф
- •6.5 Экономическое стимулирование природоохранной деятельности и экологические фонды в рф
- •7. Основы экологического права и управление охраной природы в рф
- •7.1.Источники и содержание экологических правовых норм
- •7.2. Ответственность за экологические правонарушения
- •7.3. Управление охраной природы в рф
- •Заключение
- •Библиогpафическии список
- •Приложение 1. Принятие сокращения в учебном пособии
- •1. Важнейшие научные концепции и положения экологии 9
- •2. Биосфера и человек 28
- •3. Актуальные экологические проблемы человечества в биосфере 50
- •4. Охрана биосферы 69
- •5. Защита компонентов биосферы 83
- •6. Основы экономики природопользования 157
- •7. Основы экологического права и управление охраной природы в рф 171
1.4.2.Превращения энергии в экосистемах.
Основным источником энергии для экосистем является энергия Солнца. Именно она создает тепло на поверхности планета, кинетическую энергию потоков воздуха и потенциальную энергию гидросферы. Потребность человека в энергии около 40 ккал/кг в день. Потребность живых организмов в энергии с уменьшением их размеров резко возрастает (для птиц она 1000 ккал/кг в день, а для насекомых - 5000 ккал/кг в день). Солнечный свет дает 2 кал*см2 *мин-1 , но до земной поверхности в полдень доходит не более 1,34 кал*см2*мин-1. При этом 40% солнечной энергии отражается в космос, 60% переходит в тепло, расходуется на испарение, осадки, ветер, волны и фотосинтез. Из 100% солнечной энергии, падающей на зеленый лист, усваивается и запасается в органическом веществе всего 2%.
Для оценки эффективности поглощения солнечной энергии используется понятие продуктивности. Различаются: 1) первичная продуктивность, т.е. общая скорость фотосинтеза; 2) чистая первичная продуктивность или чистая ассимиляция - скорость фотосинтеза за вычетом потерь энергии на дыхание; 3) чистая продуктивность сообществ - чистая ассимиляция за вычетом потерь на дыхание и у гетеротрофов и 4) вторичная продуктивность или энергия, накопленная у консументов. В чистую первичную продукцию у растений попадает только 0,1% падающей на них солнечной энергии. При этом 25% всей ассимилированной энергии растениями идет на дыхание, зерно (экспорт из системы) – 32%, остается в поле (стебли, корни) – 33%, на микробы и болезни расходуется
10%.
Доля первичной продукции, переходящей в чистую, в умеренном поясе составляет 60...70%, на экваторе – 40% (при высоких температурах большие расходы на дыхание). Человек в основном
увеличивает доли чистой продукции (повышает отношение пищи к волокну). Чистая первичная продукция у деревьев почти на 80% сосредоточена в кронах, а у трав - 2/3 в корнях. Продуктивность агросистем и пустынь может различаться на 2 порядка (т.е. в 100 раз).
Наибольшая продуктивность в агросистемах получена в передовых странах (урожай зерновых по 50...60 ц с га) и значительно ниже она в отсталых странах (11...15 ц с га). На суше создается 3300 млн.т биомассы (78% - растения и 22% - животные), а в океане - 73 млн.т (0,9% - растения и 99,1% - животные).
Превращения энергии в экосистемах идут по пищевым (трофическим) цепям. У продуцентов она идет на рост биомассы, создание запасов и дыхание. Начало пищевых цепей - растение, его живая ткань (прямое поедание), семена (зерноядные), проводящая ткань (активное извлечение микоризой), мертвая ткань (диспергированная органика), эксудаты (растворенная органика) и, наконец, цветки (нектар). Общая схема превращения энергии растениями включает поедание их растительноядными для живой ткани и потребителями диспергированной органики - детрита для мертвой ткани. Потребители детрита и растительноядные становятся пищей хищников. Каждый переход энергии уменьшает ее примерно на один порядок.
При анализе пищевых цепей необходимо учитывать возможность концентрации токсических соединений при движении по цепи. Так, содержание радиоактивного фосфора в яйцах гусей в 1 млн. раз выше, чем в воде; при содержании ДДТ в воде 0,00005 части на миллион частей воды его концентрация при переходе от простейших к рыбам и птицам увеличивается в 0,5 млн. раз.
По мере превращения энергии в пищевых цепях происходит повышение ее качества: количество ассимилированной энергии растения при переходе ее к хищникам уменьшается в тысячи раз, а качестве повышается тоже в тысячи раз (в цепи растение-уголь -электроэнергия количество и качество меняются в 8 раз).
Экологическая или пищевая пирамида - это трофическая по численности, биомассе и энергии живых организмов в экосистеме. Иначе, это диаграмма, в которой количество особей, биомасса или энергия изображены в виде горизонтальных прямоугольников, поставленных друг на друга. Основанием служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни (консументы) образуют этажи и вершину пирамиды.
Экологическая пирамида по численности мало информативна, так как численность особей в популяциях может варьировать в
1017 раз; более информативны пирамиды по биомассе (их варьирование не выше 105 ) и энергии (всего в 5 раз). Примерами пищевой пирамиды могут быть биомассы кедровых орехов, питающихся орехами белок и питавшихся белками горностаев. Соотношение биомассы в экосистеме люцерна – телята - мальчик (при условии, что мальчик в течение года питается только телятами) составляет 8211 кг люцерны, 1035 кг телят и 48 кг мальчика; по энергии цифры соответственно составляют 1,49*107 кал; 1,19*106 кал и 8,3*103 кал. Различие в результатах по биомассе и энергии отчасти объясняется изменениями обмена в зависимости от размеров (обмен растет пропорционально массе в степени 2/3).
Увеличение размеров экосистем повышает обычно величину ее отдачи, но в то же время снижает долю чистой продукции из-за роста стоимости самоподдержания системы. Уравновешивание скорости поступления и расхода энергии приводит к прекращению роста биомассы, объем которой в этот момент характеризует максимальную поддерживающую емкость среды. Оптимальная емкость, при которой скорость образования биомассы будет наибольшей, ниже максимальной емкости примерно в 2 раза. Так, в естественном опыте максимальное число оленей в загоне 500 га через несколько лет составило 200 голов, а оптимальным установившемся уровнем оказалось 100 голов.