- •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
1.2 Взаимоотношения организма и среды
К условиям существования или условиям среды относятся необходимые организму факторы, без которых его существование невозможно. Наиболее общая классификация экологических факторов среды делит их на биотические, абиотические и антропогенные. К первым из них относятся фитогенные, зоогенные и микрогенные воздействия на организмы, ко вторым - климатические условия (свет, температура, влажность, уровень барометрического давления и т.д.), эдафогенные, т.е. связанные с почвой факторы (состав почв, их влагоемкость, проницаемость для Од, плотность и т.д.), орографические условия, т.е. высота над уровнем моря, рельеф, угол наклона местности, и химические факторы, т.е. химический состав воздуха, солей воды и почвенных растворов и т.д. Существенное значение имеет и стабильность условий жизни. Различают первичные изменения (например, суточные и сезонные изменения освещенности и температур) и вызываемые ими вторичные изменения (например, различная активность живых организмов днем и ночью, зимой и летом), антропогенные факторы создаются самим человеком (например, условия жизни в городах).
Воздействие любого вида фактора может быть прямым (например, прямое воздействие температуры на течение физиологических процессов) и косвенным или опосредованным (прямое угнетающее воздействие ультрафиолетового облучения на развитие растений является косвенным воздействием на животных, питающихся этими растениями). Результат воздействия любого фактора зависит прежде всего от его интенсивности (рис. 1.1).
Интенсивность
Рис. 1.1. Зависимость результата действия экологического фактора от его интенсивности
Наиболее узкий диапазон значений факторов характерен для размножения организмов (можно проиллюстрировать на сезонности размножения ряда животных), а более широкий - для их роста и выживания. Характер зависимостей, представленный на рис. 1.1, будет сходным для самых различных видов живых существ, но конкретные значения факторов могут существенно различаться. Например, для некоторых антарктических рыб диапазон переносимых температур составляет всего 4°С (от -2 до +2°С); рыбы водоемов пустыни выдерживают температуру от +10 до +40°С.
Важное значение имеют лимитирующие факторы среды, т.е. факторы, значения которых приближаются к пределу способности организма переносить их влияние (или обеспечивать свое нормальное развитие и размножение). Так, лимитирующим веществом будет не то вещество, которого больше всего требуется для роста и развития организма, а те вещества, доступные количества которых наиболее близки к необходимому минимуму (закон минимума Либиха). При определении таких минимумов следует учитывать баланс вещества и энергии и взаимодействие факторов среды (например, кальций может замещаться стронцием, увеличение падающей солнечной энергии повышает потребность в цинке и т.д.). Лимитирующим фактором могут быть его избыточные значения (например, высокая рН, избыточная влажность), а также и целый ряд биотических факторов (например, перенаселенность территории каким-либо видом или, наоборот, недостаточная численность животных данного вида для создания его устойчивой популяции). Неоптимальность условий по одним факторам может сузить диапазон значений других.
Условия существования являются не просто необходимыми для жизни, они зачастую становятся ее регуляторами. Так, солнечный свет не только обеспечивает живые организмы энергией, но и регулирует процессы жизнедеятельности, включая важнейший биологический ритм - суточный ритм физиологических функций.
К основным лимитирующим факторам относятся свет, температура (жизнь возможна в диапазоне температур от -200 до +100°С), вода, кислород (лимитирующим факторам становится в водной среде), такие биогенные элементы как азот и фосфор (их соотношение в биосфере составляет 16:1), рН среды, микроэлементы (магний, кобальт, железо, марганец, цинк, бор, хлор, ванадий и молибден). Для фотосинтеза необходимы марганец, железо, хлор, цинк и ванадий, а для азотистого обмена - марганец, бор, кобальт и хлор.
Сложнее всего решается вопрос с определением биотических лимитирующих факторов. Масштабы их взаимовлияния трудно прогнозировать. О сложности проблемы говорит следующий факт. Если взять только 2 популяции различных видов, то между ними может возникнуть 9 только основных форм взаимодействия: 1) нейтрализм, в котором взаимовлияние отсутствует; 2) конкуренция с взаимоподавлением популяцией; 3) конкуренция из-за ресурсов;
4) аменсализм (неблагоприятный для одной популяции и безразличный для другой); 5) коменсализм (благоприятный для одной популяции и безразличный для другой); 5) мутуализм, благоприятный для обоих популяций; 7) паразитизм; 8) хищничество; 9) протокооперация, т.е. образование совместных гнездований у птиц или колоний у грызунов,
Наиболее распространенный тип взаимоотношений между животными - хищничество, т.е. поедание особей одного вида особями других, как это представлено Н.й. Заболоцким:
... Над садом
Шел ворох тысячи смертей.
Природа, обратившаяся адом,
Свои дела вершила без затей.
Жук ел траву, жука клевала птица,
Хорек пил мозг из птичьей головы,
И страхом перекошенные лица
Ночных существ смотрели из травы.
Природы вековечная давильня
Соединяла смерть и бытие.
Отношения "хищник - жертва" характеризуется наличием положительной и отрицательной обратных связей между ними
В результате создаются периодические изменения численности популяций хищника и жертвы с соответствующим запаздыванием ее максимумов и минимумов в каждой из них.
У каждого вида существует свой набор лимитирующих факторов, требуемые условия для организма определяют его экологическую нишу. Различается фундаментальная ниша, т.е. наибольший (максимально возможный) заселенный видом объем n-мерного пространства, и реализованная нища, т.е. тот же объем, но с учетом биотических ограничений (конкуренции видов из-за ресурсов, хищничества и т.д.).
В процессе эволюции у организмов создаются совершенные формы приспособления к условиям среды. Выработки таких наследуемых форм приспособления называется адаптацией. Она может быть морфологической, т.е. приспособление идет за счет изменения строения и формы организма (например, у водных животных) и физиологической, при которой меняются функции организма (например, у верблюдов потребность в воде обеспечивается ее получением из жира за счет особой системы биохимических реакций).
Третий вид адаптации представлен поведенческими реакциями, например, зимней и летней спячкой животных, соответственно, в холодном и жарком климате, сезонными миграциями птиц и т.д.