- •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
- •Примерные вопросы к зачету по дисциплине «Экология»
- •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.Экологические системы
1.4.1. Общая характеристика.
Экосистема является основным понятием экологии. Она может быть представлена самыми различными по масштабу образованиями - от обычной лужи до аквариума, до биосферы в целом. Близким к данному понятию является предложенный акад. В.М. Сукачевым термин биогеоценоза (однородного участка земной поверхности с определенным составом живых и косных элементов и динамическим взаимодействием между ними). Понятие биогеоценоза является синонимом наземных экосистем,
В каждой экосистеме выделяют 2 блока - ее косная и биокосная часть - экотоп и живая часть - биоценоз (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Общая схема экосистемы и круговорота вещества и энергии в ней (по Н.Ф. Реймерсу)
Общий перечень элементов экосистемы включает:
1. Неорганические вещества (,, ,и т.д.), содержащиеся в виде газов, жидкости и ингредиентов субстрата.
2. Органические соединения (белки, углеводы, липиды, гумус и т.д.), содержащиеся в живых организмах и отчасти в субстрате.
3. Субстрат - среда или основа, в которой постоянно обитают и развиваются организмы (верхний слой литосферы, гидросферы и ее донные отложения, отчасти атмосфера).
4. Автотрофы или продуценты, т.е. организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся создателями органических веществ из неорганических.
5. Гетеротрофы или консументы, т.е. потребители органического вещества.
6. Редуценты, чаще всего являющиеся микроконсументами, разлагающими мертвое органическое вещество и превращаюшие его в неорганическое, которое способны усваивать продуценты.
Три последних компонента экосистемы обычно разделены в пространстве (продуценты - в верхнем ярусе леса и луга, редуценты - в почве) и во времени. Некоторые органические вещества могут находиться только в живых организмах, другие - только вне организмов (например, гумус, составлявший основу плодородия почвы), третьи находятся и в живом, и в косном веществе, но активно функционируют только в составе живого вещества (например, хлорофилл).
Чисто биологические компоненты экосистемы (продуценты, консументы, редуценты) различавтся по типу питания и месту в круговороте веществ и энергии. Продуценты, к которым прежде всего относятся зеленые растения, обеспечивают в процессе фотосинтеза за счет энергии солнечного света образование нового органического вещества - углеводов. Всего в процессе фотосинтеза в биосфере за год создается около 100 млрд.т углеводов, •усваивается около 200 млрд.т СО2 и выделяется 175 млрд.т свободного О2. В природе существует и бактериальный фотосинтез, в котором окислителем выступает сероводород и органические соединения. Такой вид фотосинтеза важен для круговорота серы: в стоячих пресных водах он дает до 25Х всей вновь образуемой биомассы. Там, где отсутствует свет (например, на дне океана), органическое вещество создается за счет хемосинтеза.
Вновь создаваемое органическое вещество вместе с содержащейся в нем энергией является источником питания для консументов. Различается несколько видов консументов-травоядных (или первичных) и плотоядных (или вторичных). Вторичные консументы могут быть нескольких порядков (ежик – лиса – волк - медведь).
Последним биологическим компонентом экосистемы являются редуценты, которые в основном представлены микроорганизмами. Редуценты разлагают органическое вещество в присутствии О2(аэробное разложение) или в его отсутствии (анаэробное разложение) до неорганических веществ, которые в состоянии усваивать другие организмы - продуценты. Существенная роль в разрушении органического вещества принадлежит и мелким консументам. Разложение органических веществ может обеспечиваться и другими путями. Например, для некоторых экосистем существенное значение в этом процессе имеют лесные, степные или торфяные повара.
Рассмотрим два очень распространенных примера экосистем -наземную лугопастбищную и озерную. В каждой из этих систем источником энергии является Солнце, среда в первой системе представлена атмосферным воздухом и почвой, во второй системе - водой и донными осадками. Продуцентами в первой системе будут относительно крупные растения, во второй - очень мелкие, часто микроскопические формы (фитопланктон). Функции консументов первого порядка на лугах выполняют растительноядные животные (насекомые и млекопитаищиеся лугопастбищного сообщества), в озерах - зоопланктон в толще воды; консументами второго порядка на лугу являются птицы и другие сухопутные животные, а в озере - рыбы. Различный видовой состав будут иметь и редуценты луга и озера (разлагавшие бактерии и грибы). Таким образом, структура и функционирование обоих экосистем сходны, но их среда и видовой состав биоценозов (т.е. совокупность живых существ, входящих в каждую экосистему) различны. При этом виды растений, микроорганизмов и животных каждой из рассмотренных экосистем, взятых в конкретных границах того или иного луга или озера, представляют собой популяции соответствующих трав, насекомых, птиц, грызунов, рыб и т.д.
Скорость разложения мертвых организмов зависит от вида органического вещества. Ткани животных могут разлагаться сравнительно быстро, а древесина - более медленно. Наиболее устойчивым продуктом разложения является гумус, накапливающийся в почвах столетиями. Процесс разложения ускоряется человеком за счет сжигания органических веществ, ускорения распада гумуса при интенсивном или нерациональном сельскохозяйственном производстве, сведении и сжигании лесов. Часть вновь образованного органического вещества может храниться в экосистеме в форме запасов веществ.
Параллельно круговороту веществ в экосистеме идет круговорот энергии с неизбежными ее потерями на каждом этапе. Эти потери в схеме (рис. 1.4) обозначены как сток тепла. Сток тепла обозначает неизбежное рассеивание энергии для поддержания экосистемы на более высоком уровне упорядоченности, т.е. на более низком уровне энтропии. Такая возможность поддержания высоких степеней упорядоченности на первый взгляд противоречит второму закону термодинамики (закону энтропии). Однако для неравновесных сред эта возможность была теоретически
доказана лауреатом Нобелевской премии Ильёй Пригожиным (см. подраздел 1.1).
В экосистеме создаются определенные запасы вещества и энергии, часть из которых может экспортироваться из системы. В наше время в биосфере в целом распадается количество вещества, примерно равное вновь образуемому. Однако около 300млн. лет тому назад распад органического вещества был меньше; определенная его часть оставалась в биосфере, образуя запасы горючих ископаемых. В последующие эпохи наблюдались колебания в создании и распаде органики, что привелокизменению содержания СО2в атмосфере планеты и соответственно к глобальным изменениям климата, одним из проявлений которых были оледенения.