методичка экология ПроЭкол Москва

В.М. Гарин, И.А. Кленова, В.И. Колесников

ПРОМЫШЛЕННАЯ

ЭКОЛОГИЯ

Под общей редакцией профессора В.М. Гарина

Рекомендовано Управлением кадров и учебных заведений

Федерального агентства железнодорожного транспорта Вкачестве учебного пособия для студентов вузов железнодо-

рожного транспорта

Москва

2005

УДК 504

ББК 20.1

Г203

Гарин В.М., Кленова ИА., Колесников В.И. Промышленная эко-

логия: Учебн. пособие / Под ред. В.М. Гарина. – М.: Маршрут, 2005. – 328 с.

ISBN 5-89035-282-2

Учебное пособие предназначено для студентов высших технических учебных заведений, изучающих дисциплины «Промышленная экология», «Общая экология», «Охрана окружающей среды». Учебное пособие написа-

но в соответствии с образовательными стандартами для технических вузов.

В нем рассмотрены вопросы биологической, промышленной и правовой экологии. Использованы наработки федеральных, региональных и местных надзорных и исполнительных органов по вопросам охраны окружающей среды. Отражен опыт преподавания этих дисциплин в технических высших учебных заведениях.

Может быть полезно при подготовке аспирантов и инженерно-технических работников, занимающихся охраной окружающей среды.

УДК 504

ББК 20.1

Книгу написали: В.М. Гарин – введение, гл. 6, 7, 9, 10 и Приложения, гл. 4, 5 (совместно с В.И. Колесниковым), гл. 1,8 (совместно с И.А. Кленовой); И.А. Клено-

ва – гл. 2,3, п.10.5, краткий словарь экологических терминов.

Рецензенты: зав. каф. «Безопасность жизнедеятельности» ДВГУПСа, д-р

техн. наук В.Д. Катин; нач. отд. Охраны природы Департамента безопасности дви-

жения и экологии ОАО «РЖД» Н.В. Москалев

Издательство «Маршрут», 2005

Каждый имеет право на благоприятную ок-

ружающую среду, достоверную информацию о её состоянии и на возмещение ущерба, при-

чинённого его здоровью или имуществу эколо-

гическим правонарушением.

Конституция Российской Федерации, ст. 42

Современный экологический кризис ставит под угрозу возможность устойчивого разви-

тия человеческой цивилизации.

Экологическая доктрина Российской Федерации (2002 г.)

ВВЕДЕНИЕ

Экология – наука о взаимодействии живых организмов и их систем с окружающей средой (ОС), об их взаимовлиянии и взаи-

мопроникновении, что позволяет определить пути оптимизации и возможного изменения условий для окружающей среды и живых организмов. Под окружающей средой понимается практически вся Вселенная. Очень часто термин ОС заменяют словом «приро-

да» (в шутливом изречении «ОС – это то, что останется от При-

роды, если из неё изъять человека» есть доля истины).

Под живыми организмами понимается не только человек, но и все остальные живые представители природы: животные, рас-

тения, простейшие организмы.

Экологические знания необходимы при изучении многих наук, и, прежде всего биологии, медицины, дисциплин инже-

нерного и социально-экономического циклов. Для изучения ос-

нов экологии достаточно иметь знания по общеобразовательным курсам анатомии, зоологии, физики, химии, географии.

«Экология» – наука о доме, обители человека («ойкос» –

дом, жилище и «логос» – учение).

Термин «экология» возник сравнительно недавно, но свой вклад в эту науку внесли еще ученые древности – Аристотель,

Гиппократ, Эпикур и др. Известен, например, постулат Эпикура,

в котором говорится: «...нельзя насиловать Природу, следует по-

виноваться ей, необходимые желания исполняя, а также естест-

венные, если они не вредят. А вредные – сурово подавляя» (инте-

ресно сравнить с общеизвестным у нас – через два тысячелетия – тезисом: «Нам нельзя ждать милостей от природы! Взять их у нее

– наша задача»).

Вопросам взаимоотношения человека и среды уделяли вни-

мание виднейшие представители человечества: Леонардо да Вин-

чи (вода – организм человека); М. Ломоносов (воздух – тепло – человек) и др. Но накопление экологических знаний шло в ос-

новном в сфере зоологии и анатомии. Качественный скачок про-

изошел в середине XIX века, когда экология оформилась как са-

мостоятельное ответвление анатомии, зоологии, ботаники. По су-

ти это была лишь биоэкология. Основоположники её – Ч. Дарвин,

Э. Геккель и профессор МГУ К. Рулье. В начале XX века появи-

лись первые экологи, которые трудились в заповедниках, в ос-

новном наблюдая за животным и растительным миром, анализи-

руя изменения их численности (популяцию). Чаще их именовали

«естественниками».

Позднее в биоэкологию входят другие науки: о климате

(Ю. Ганн, А. Воейков), о почвах и покровах земли (А. Гумбольт,

В. Докучаев), ландшафтах (Л. Берг) и др. Следует отметить осо-

бую роль трудов В. Вернадского (1863–1945), который первым применил количественный анализ в экологии, раскрыл понятие о биосфере Земли в комплексе (сам термин «биосфера» – название монографии В. Вернадского, вышедшей в 1926 г.). Он настолько опередил свое время, что только на третьем этапе развития этой науки, когда она сформировалась как всеобщая (глобальная) эко-

логия и стала учитывать влияние человеческой деятельности на все условия ОС, стало понятно, как далеко Вернадский загляды-

вал в будущее.

В конце второго этапа развития экологии (1945–1955 гг.) к

биологам добавились гигиенисты-медики, агрономы, лесоводы,

инженеры и т. д. Стали отрабатываться нормативы взаимодейст-

вия человека и ОС, принципы инженерного подхода к защите среды.

Второй этап завершился, когда человек осознал, какой вред может принести неконтролируемое развитие крупной промыш-

ленности ОС, природе. Начался «экологический бум», вызванный интенсификацией промышленной деятельности человека, фактом обнищания, исчезновения биоматресурсов. До этого ресурсы ус-

певали восстанавливаться, теперь же цепочка нарушилась.

Третий этап развития экологии характеризуется деятельно-

стью таких ученых, как Б. Коммонер, Д. Одум, С. Шварц (рос-

сийский академик, умерший в 1976 г., один из создателей эколо-

гии человека), А. Молчанов (разработавший основы математиче-

ской экологии) и др.

Сейчас у экологии две основные функции – прогностическая и формирующая. Первая, как правило, удел деятелей науки, вто-

рая – всеобщая, опирающаяся на прогноз, грамотность человека.

Из чего же состоит экология? Сейчас у нее, по С. Шварцу,

около сорока ответвлений и их перечисление затруднительно. В

соответствии с историей развития экологии в ней можно выде-

лить такие отрасли:

а) биоэкология – экология микроорганизмов, грибов, простей-

ших, животных (отдельно рассматривается биоэкология птиц,

рыб и т. д.), а также палеоэкология (эволюционная экология);

б) экология систем – тундр, пустынь, полупустынь, лесов,

степей и т. п. Сюда же относится радиационная и химическая экология. Термин «экосистема» предложен в 1935 г. английским ботаником А. Гексли;

в) экология человека – историческая, археологическая, собст-

венно человека, города (урбоэкология), промышленная, сельско-

хозяйственная, рекреационная (экология зон отдыха), правовая,

экономическая и т. п.

В последнее время предметом изучения любой отрасли нау-

ки стали математико-физические модели. Часто говорят о науке

– математической экологии (в университетах изучается отдельная дисциплина). В перспективе многим экологам видится цельная

система экологического управления народным хозяйством и со-

циальными проектами.

В последние годы во всем мире резко возросло внимание к вопросам природопользования; изменены и усилены государ-

ственные органы охраны природы в нашей стране. Признано не-

обходимым, чтобы каждый проект, каждое вновь вводимое пред-

приятие имели экологическое обоснование, прошли экологиче-

скую экспертизу.

Экологический бум нашел отражение и в публикациях; воз-

росло не только их количество, но и улучшилось качество. Очень много сделали и продолжают делать для популяризации знаний

и развития экологии отечественные ученые Н. Реймерс,

М. Лемешев, А. Яншин, А. Яблоков и др., а также зарубежные ученые Б. Коммонер, Д. Одум, К. Уатт, Ф. Дре, М. Танг и др.

В работах ведущих экологов иногда имеет место неодно-

значное толкование отдельных терминов, таких, как «природо-

охранительные меры», «усилия» и т. п., или «охрана природы». В

последние десятилетия чаще говорят об охране окружающей сре-

ды (ОС), а не природы. Это точнее. Действительно, ОС – это все,

что нас окружает, включая звезды, галактику и т. д. А под терми-

ном «природа» часто понимают живой мир и неживую материю нашей планеты. В дальнейшем, говоря о природе, будем опери-

ровать более широким понятием – Вселенная, т. е. окружающая среда в этом случае равнозначна природе. Причем последняя, по В. Вернадскому, состоит из живой составляющей Земли – «живо-

го вещества» и неживого компонента – атмосферы, гидросферы и литосферы. К последним логично добавить и дальний Космос

(т. е. космосферу), который все больше обживается человеком.

Область обитания живых организмов называют биосферой (сфе-

рой жизни).

Биосфера – относительно тонкая оболочка жизни на Земле,

занимающая нижнюю часть атмосферы (12–15 км), всю водную среду планеты и ее недра до 3–5 км (в том числе область «былых биосфер» с остатками следов живых организмов). Границы био-

сферы не остаются застывшими (выходы в космос, проникнове-

ние в глубины Земли). Совокупность живых и неживых компо-

нентов биосферы составляет экосистему (подробнее см. гл. 1).

В. Вернадский подчеркивал, что человечество стало «геоло-

гической силой», т. е. земной, сравнимой с силами самой приро-

ды. Но если силы природы направлены на ее благо, т. е. на круго-

ворот в природе, то человечество действует не всегда разумно.

Потребляя больше, чем восстанавливая, оно зачастую становится вредной силой, большей, чем природная. Воздействие человека

(и всего человечества) на природу является антропогенным фак-

тором, т. е. созданным человеческой деятельностью. Убил ма-

монта – проявил антропогенное воздействие; отравил воды реки канализационными сбросами – то же самое; провел очистку – то-

же антропогенное воздействие.

Таким образом, антропогенный фактор может иметь и пози-

тивные, и негативные стороны. Главные негативные стороны – загрязнение воздуха, воды, поверхности земли и истощение ее ресурсов. Позитивные – предотвращение всего этого в рамках биосферы. Преобразуемую человеком биосферу называют, по В. Вернадскому, «ноосферой» (или сферой разума). Это название может быть оправдано только в том случае, если человек будет вести себя как «гомо сапиенс» – человек разумный.

Сейчас все больше людей начинают понимать, что сила че-

ловека в его связях с природой, а знание экологии развивает и дополняет их новым содержанием.

Право человека на благоприятную окружающую среду зако-

нодательно закреплено в Конституции РФ (ст. 42). Это право должно обеспечиваться и подкрепляться целым сводом законов РФ, принятых и принимаемых в последнее время.

Важнейшими из них являются: «Об охране окружающей среды» (2002), «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» (1999), «О животном мире» (1995), «О недрах» (1992, 1995), «Об использовании атомной энергии» (1995), «Об эколо-

гической экспертизе» (1995), «Водный кодекс» (1995), «Земель-

ный кодекс» (2002) и др. В основу этих законов положены прин-

ципы экономического стимулирования рационального природо-

пользования, органической связи между развитием экономики и экологизацией всех сфер жизни. Они же закреплены и в между-

народных соглашениях. Так, в решении Конференции ООН по окружающей среде (Рио-де-Жанейро, 14.06.1992) записано: «Для того, чтобы добиться устойчивого развития, охрана окружающей среды должна стать неотъемлемой частью процесса развития»

(принцип 4). И далее: «Мир, развитие и защита окружающей сре-

ды взаимосвязаны и неразделимы» (принцип 25).

1. ОСНОВЫ БИОЭКОЛОГИИ

В биоэкологии выделяют несколько взаимосвязанных разде-

лов:

-учение о факторах среды и закономерностях их действия на организм;

-экология организмов, или аутэкология (изучает взаимодей-

ствие между отдельными организмами и факторами среды их жизни);

- популяционная экология, или демэкология (изучает взаимо-

отношения между организмами одного вида в пределах популя-

ций и средой обитания); - учение об экосистемах (биогеоценозах), или синэкология

(изучает взаимоотношения организмов разных видов в пределах биогеоценозов и среды их обитания, а также экологические зако-

номерности функционирования экосистем); - учение о биосфере, или глобальная экология (изучает роль

живых организмов и продуктов их жизнедеятельности в создании биосферы и ее функционирования).

1.1. Экологические факторы

Все организмы живут в среде обитания, или окружающей среде, которая является совокупностью элементов, способных оказывать прямое или косвенное воздействие на организмы. Эле-

менты окружающей среды, оказывающие влияние на живые ор-

ганизмы, называются экологическими факторами. Они подразде-

ляются на абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы – это температура, свет, влажность,

осадки, ветер, атмосферное давление, радиационный фон, хими-

ческий состав атмосферы, воды, почвы и пр.

Биотические факторы – это живые организмы (бактерии,

грибы, растения, животные), вступающие во взаимодействие с данным организмом.

К антропогенным факторам относятся особенности среды,

обусловленной трудовой деятельностью человека. Роль антропо-

генных факторов постоянно нарастает.

Следует учитывать, что на отдельные организмы и их попу-

ляции одновременно воздействуют многие факторы, создающие комплекс условий, в котором могут обитать те или иные орга-

низмы. Одни факторы могут усиливать или ослаблять действие других факторов. Например, при оптимальной температуре по-

вышается выносливость организмов к недостатку влаги и пищи.

В свою очередь обилие пищи увеличивает устойчивость организ-

мов к неблагоприятным климатическим условиям. Степень воз-

действия факторов окружающей среды зависит от силы их воз-

действия.

Сте- пень благопри-

ятности

фактора

гибель

1

нтенсивность фактора

Рис. 1.1. Воздействие факторов на организм

Зависимость степени благоприятствования фактора от ин-

тенсивности его воздействия на организм графически выражается куполообразной кривой, в которой можно выделить несколько зон воздействия (рис. 1.1). Так, при оптимальной силе воздейст-

вия (1 – 1) данный вид нормально живет, развивается и размно-

жается (зона оптимума). Как при более сильном, так и при более слабом воздействии этого фактора на популяцию наблюдается зона угнетения (2 – 2). Максимальное и минимальное значение фактора, при котором возможна жизнь, называется пределами выносливости, или границами толерантности, или экологической валентностью по отношению к данному фактору (3 – 3). 3а пре-

делами зоны экологической валентности наблюдается зона гибе-