|
КАФЕДРА ЮНЕСКО МГЭУ им. А. Д. Сахарова |
Н. В. Гончарова, в. Н. Копиця
Принципы экологии
Учебно-методическое пособие : курс лекций для студентов экологов
Минск - 2009
УДК 502/504(075.32)
ББК 20.18я722
Р60
Рекомендовано к изданию Советом УМО вузов Республики Беларусь по экологическому образованию (протокол № 2 от 30.10.2009)
Гончарова Н. В., Копиця В. Н.
Принципы экологии / Учреждение образования «Международный государственный экологический университет имени А.Д. Сахарова»-Минск, 2009
Кафедра ЮНЕСКО, кафедра экологического мониторинга менеджмента и аудита
Рецензенты:
Доктор биологических наук Л. Ф. Кабашникова
Кандидат биологических наук О. И. Родькин
Учебное пособие предназначено для студентов-экологов и широкого круга специалистов – биологов. В нем содержатся основные понятия и принципы экологии, подходы и методы мониторинга окружающей среды. Особое внимание уделено вопросу современного состояния окружающей среды в Республике Беларусь и концепции устойчивого развития.
Работа выполнена в рамках проекта ТЕМПУС III «Учебный курс по экологии для белорусских университетов» CD_JEP-27177-2006 (регистрационный номер 2/08/000368)
УДК 577.391: 504.53.054
©Н. В. Гончарова, В. Н. Копиця 2009
©ТЕМПУС, 2006
ISBN
Содержание
Тема 1.Экология как наука – ее история, структура и задачи
Контрольные вопросы
Тема 2.Уровневая классификация экологии
Контрольные вопросы
Тема 3.Структура экологических систем
Контрольные вопросы
Тема 4. Назначение и роль биосферы
Контрольные вопросы
Тема 5. Основные законы экологии
Контрольные вопросы
Тема 6. Основные экологические проблемы современности
Контрольные вопросы
Тема 7. Характеристики атмосферы, ее проблемы и пути их решения
Контрольные вопросы
Тема 8. Характеристики гидросферы, ее проблемы и пути их решения
Контрольные вопросы
Тема 9. Характеристики литосферы, ее проблемы и пути их решения
Контрольные вопросы
Тема 10. Биологические ресурсы
Контрольные вопросы
Тема 11. Современное состояние окружающей среды в Республике Беларусь
Контрольные вопросы
Тема 12. Концепция устойчивого развития
Контрольные вопросы
Тема 13. Государственное управление окружающей средой
Контрольные вопросы
Тема 14. Правовые аспекты охраны окружающей среды
Контрольные вопросы
Тема 15. Характеристика особенностей воздействия промышленного предприятия на окружающую среду
Контрольные вопросы
Литература
Краткий словарь экологических терминов
Тема 1. Экология как наука, ее история, структура и задачи
История становления экологического учения. Понятие и классификация экологии. Задачи экологии
История становления экологического учения
История возникновения экологии как науки уходит корнями в античный период и эпоху Возрождения. Экология является и сейчас динамично развивающейся наукой. В связи с этим развитие экологии можно разделить на несколько этапов.
Первый этап развития науки – накопление фактического материала и первый опыт его систематизации. Этап начинается с момента возникновения человеческого общества. Уже в те времена человек, для того чтобы выжить, должен был наблюдать за происходящими явлениями, поведением животных и использовать эти знания для успешной охоты, выбора оптимального места для жилища, заготовки растений в качестве источника пищи, лекарств либо технического сырья. Письменные источники, касающиеся появления научных наблюдений, которые мы ныне называем экологическими, относятся к античному миру. Древнегреческий философ Аристотель (III–IV вв. до н. э.) использовал экологический подход в предложенной им классификации животных и в наблюдениях за изменениями природной среды. Его ученик Теофраст Эрезийский (372–287 гг. до н. э.), которого называют отцом ботаники, в труде «История растений» отмечал зависимость растительного покрова от климата и почв. К этому периоду относится знаменитая «Естественная история» Плиния Старшего (23–79 гг. н. э.).
В Средние века интерес к изучению природы ослабевает, заменяясь господством схоластики и богословием. Научные исследования часто подвергались гонениям инквизиции.
В период эпохи Возрождения (начиная с конца XV в.) интерес к естественным наукам опять возрастает. Особенно сильно описания живой природы активизировались в эпоху географических открытий. В этот период было описано большое количество новых представителей растительного и животного мира. В это время исследователями составлены подробнейшие описания растений и животных, их внутреннего и внешнего строения. В этот период стали предприниматься новые попытки систематизации живой природы. Первые систематики – Дж. Рей (1623–1705), Ж. Гурнефор (1655–1708), К. Линней (1707–1778) и др., – стремясь к созданию полной системы (классификации) органического мира, сообщали и о зависимости растений от условий их произрастания или возделывания, местах обитания и т. п.
Дальнейшему развитию экологического мышления способствовало появление в начале ХIХ ст. биогеографии. Труды А. Гумбольдта (1769–1859) определили новое, экологическое, направление в географии растений. Он ввел в науку представление о том, что «лицо» ландшафта определяется внешним обликом растительности: в сходных зональных и вертикально-поясных географических условиях у растений разных систематических групп вырабатывается сходный внешний облик.
Одним из основоположников классической экологии с полным правом можно назвать профессора Московского университета К. Ф. Рулье (1814–1858), который широко пропагандировал необходимость развития особого направления в зоологии, посвященного всестороннему исследованию жизни животных, их сложных взаимосвязей с окружающим миром (взаимоотношения родителей и потомства, отношения между животными разных видов, их взаимодействие с растениями, почвой, зависимость от физических условий и т. п.). К. Ф. Рулье разработал широкую систему экологического исследования животного мира.
В 1859 г. появилась книга Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». В этом труде показано, что борьба за существование в природе, под которой автор понимал все формы противоречивых связей вида со средой, приводит к естественному отбору, т. е. является движущим фактором эволюции. Стало ясно, что взаимоотношения живых существ и их связи с неорганическими компонентами природы («борьба за существование») – большая самостоятельная область исследований.
Второй этап – развитие экологии как науки ‑ относится к периоду с 1866 г. по вторую половину ХХ в.
Термин «экология» впервые был предложен немецким ученым биологом Эрнстом Геккелем в 1866 г. Это сложносоставное слово происходит от греческих слов “oicos” – дом и “logos” – наука, что в буквальном смысле означает «наука о доме». Во втором томе труда «Всеобщая морфология организмов» (1866 г.) Э. Геккель дал следующее определение экологии: «Под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все «условия существования».
В конце 70-х гг. ХIХ в. в экологии возникло новое направление – биоценология. Немецкий гидробиолог К. Мебиус (1877 г.) обосновал представление о биоценозе как о глубоко закономерном сочетании организмов в определенных условиях среды, обусловленном длительной историей приспособления видов друг к другу и к сходной экологической обстановке. Учение о растительных сообществах обособилось в отдельную отрасль ботанической экологии – геоботанику, основные положения которой были разработаны в трудах Г. Ф. Морозова и В. И. Сукачева на основе учения о лесе.
Экология как наука сформировалась сравнительно недавно ‑ приблизительно к 1900 г. В начале ХХ ст. оформились экологические школы гидробиологов, ботаников, экологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки. В 1910 г. на III Ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений официально разделилась на экологию особей, отдельных видов (аутоэкологию) и экологию сообществ (синэкологию). Это деление распространилось и на экологию животных. В 1913–1920 гг. были организованы экологические научные общества, основаны журналы, экологию начали преподавать в университетах.
В 30-е годы XX в. оформилась новая область экологической науки – популяционная экология (демэкология), основоположником которой следует считать английского ученого Ч. Элтона. Центральными проблемами экологии популяций стали внутривидовая организация и динамика численности организмов. Исследования популяций (совокупностей особей одного вида) в экологии в значительной мере были обусловлены запросами практики: острой необходимостью разработки основ борьбы с вредителями и конкурентами в сельском и лесном хозяйстве, истощением запасов ряда ценных промысловых животных, открытием роли некоторых диких животных в распространении паразитов и вредителей, возбудителей болезней человека и домашнего скота.
К 1940-м гг. в экологии возник принципиально новый подход к исследованию природных экосистем: в 1935 г. английский ученый А. Тенсли выдвинул понятие экосистемы, а в 1942 г. В. Н. Сукачев обосновал представление о биогеоценозе. В этих понятиях нашла отражение идея о единстве совокупности организмов с абиотическим окружением, о закономерностях, которые лежат в основе связи всего живого и окружающей неорганической среды, – о круговороте веществ и превращениях энергии.
В послевоенное время, с конца 1950-х гг., экология продолжала стремительно развиваться. Появились исследования миграции живого вещества и энергии, стали бурно внедряться методы математического моделирования, позволившие описать многие экологические закономерности. Была получена развернутая картина возможных вариантов динамики популяций, сформулированы важные принципы совместного существования видов в сообществе, описаны сложные процессы их метаболизма. Фактически именно эти результаты стали основой для решения задач программирования урожая, расчета эффективных схем управления сельскохозяйственными посевами и т. п.
Третий этап – развитие экологии как междисциплинарной науки – относится к периоду начала 70-х гг. ХХ века до 1992 г.
В этот период очень сильно обострились проблемы деградации окружающей среды. Эти проблемы пробудили волну общественного движения в защиту окружающей среды. Это обратило внимание политиков к экологическим проблемам, а начавшиеся попытки поиска решений этих проблем привели к развитию медицинских инженерных и экономических исследований в этой области. То есть экология перестала быть чисто биологической дисциплиной, а стала междисциплинарной наукой. Современная экология занимается не только изучением проблем взаимоотношения живых организмов с окружающей средой, но и проблемами воздействия деятельности человека на природу, а также поисков решений для снижения этого воздействия, моделирования и прогнозирования событий.
Четвертый этап – этап устойчивого развития, начался в 1992 г. В этот год на проходившей в Рио-де-Жанейро конференции ООН по устойчивому развитию и охране окружающей среды было официально принято понятие «устойчивое развитие». Данное понятие подразумевает «такое развитие общества, при котором удовлетворение потребностей текущего поколения не будет ущемлять возможности будущего поколения удовлетворять свои потребности». На этой конференции руководителями 179 стран мира был подписан документ «Повестка дня на ХХI век», который представляет комплексную программу развития государств планеты, направленную на развитие экономической состоятельности стран, развитие социальных гарантий общества и одновременно предотвращение деградации окружающей среды. Такое развитие без разработки новых экономических идей, без развития природоохранных инженерных технологий на сегодняшний день невозможно.
Понятие и классификация экологии
В настоящее время понятие экологии как науки формулируется следующим образом.
Экология – это наука, изучающая условия существования живых организмов, а также взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают.
Экологию можно подразделить на три большие ветви: общую, частную (специальную) и прикладную.
Общая экология (биоэкология) изучает популяции, взаимоотношения между организмами, организмом и средой, экологию сообществ, биосферу.
Таким образом, общая экология занимается изучением биологических систем на различных уровнях:
отдельных особей (организмов);
видов (группу особей, способных скрещиваться друг с другом и давать потомство);
популяций (совокупность особей одного вида, обитающих на определенной территории);
сообществ (популяции разных видов растений и животных, взаимодействующие между собой и обитающих на одной территории).
В связи с этим различают:
аутэкологию – экологию особей;
эйдэкологию – экологию видов;
демэкологию – экологию популяций;
синэкологию – экологию сообществ.
Частная – изучает отдельные таксономические группы организмов (экология растений, животных, грибов и т. д.). Особое направление – экология человека.
В последние десятилетия возникло и получает все большее развитие новое направление экологии – прикладная экология. Это направление подразделяется на:
сельскохозяйственную экологию, которая исследует воздействие сельскохозяйственного производства на природу, с одной стороны, и наоборот, влияние естественной природной среды на функционирование сельскохозяйственных комплексов;
промысловую, которая изучает воздействие человека на природу в результате промысла – т. е. рыбной ловли, охоты, массовой заготовки грибов и ягод;
промышленную (отдельный раздел прикладной экологии), которая изучает воздействие промышленности на окружающую среду, а также пути снижения этого воздействия, с учетом особенностей окружающей среды и использования новейших инженерных технологий;
другие подразделы прикладной экологии: транспортная экология, радиационная экология, химическая экология, экономическая экология и т. д.
Задачи экологии
Современная экология широко применяет разнообразные методы и технические приемы исследований: инструментальное изучение различных процессов, метод радиоизотопов, телеметрию, радиомечение, ночные наблюдения в ИК-лучах, тепло и радиолокацию и др.
Описывая экологию как науку, необходимо выделить комплекс задач, которые решает эта наука. Существует ряд основополагающих глобальных проблем, на которых фокусируются основные направления и разделы современной экологии:
экологические механизмы адаптации к среде обитания. Это необходимо потому, что, с одной стороны, в нашей стране появляется много новых сортов растений, а также виды и породы животных. Нужно знать и уметь предсказывать, как они смогут акклиматизироваться в наших условиях и смогут ли они стать настолько привычными для нас, как пришельцы из Америки – картофель, томат или подсолнечник. Либо они смогут хорошо приспособиться и стать вредными для нужных нам видов, таких, например, как колорадский жук. С другой стороны, изменяются условия обитания для видов и сортов растений и животных, обитающих на территории нашей страны с давних времен. Это связано и с активно проводившейся мелиорацией земель, и с вырубкой лесов, распашкой земель, а также с глобальным изменением климата на Земле;
регуляция численности популяций. Здесь имеется в виду разработка комплекса мероприятий, направленных на управление численностью вредителей сельского и лесного хозяйства, переносчиков болезней человека и сельскохозяйственных животных, а также численности промышленных видов, используемых для охоты или домашнего разведения;
управление продукционными процессами. Решение этой проблемы лежит в основе мероприятий, направленных на рационализацию использования биологических ресурсов (фотосинтез, формирование первичной продукции, утилизация энергии животными и человеком, образование вторичной продукции, факторы влияния на эти процессы и т. д.);
устойчивость природных и антропогенных сообществ. Необходимо ответить на вопрос, почему естественные сообщества, такие как лес или степь, являются устойчивыми и могут существовать веками, а огород нельзя без заботы человека оставить и на месяц? Как увеличить устойчивость полей, садов и огородов?
экологическая индикация предполагает определение изменения свойств тех или иных компонентов и элементов ландшафта или сообщества растений и животных (леса, поля) по специфическим изменениям и специально подобранным особо чувствительным видам растений и животных (природным индикаторам).
Наряду с глобальными проблемами экология решает ряд более конкретных практических вопросов:
оздоровление ландшафта (ликвидация угрозы заболевания, борьба с загрязнением и т. д.);
восстановление нарушенных экосистем (использование и восстановление под болота деградированных торфяников, рекультивация земель, борьба с эрозией, посадка лесов и т. д.);
утилизация органических отходов городов;
переход от промысла к хозяйству (земледелие, рыбоводство, разведение охотничьих животных);
сохранение эталонных участков биосферы (создание заповедников, национальных парков и другие особо охраняемые природные территории).
В промышленности в настоящее время экологам принадлежит важная управляющая функция, направленная на предотвращение негативного воздействия производства на окружающую среду. Для этого ими была создана, а ныне активно внедряется система экологического менеджмента – продолжающийся цикл планирования, осуществления, контроля действий, которые предпринимает организация при взаимодействии с окружающей средой (как при потреблении ресурсов, так и воздействии на окружающую среду), выбрасывая отходы либо осваивая территорию. Данная система активно внедряется на тех промышленных предприятиях, которые умеют считать деньги и стремятся завоевать новые рынки сбыта.
Преимущества введения системы экологического менеджмента следующие:
снижение воздействия на окружающую среду;
сохранение ресурсов;
увеличение эффективности производства и снижение затрат;
снижение аварийности;
улучшение имиджа у общественности, инвесторов, контролирующих органов;
увеличение конкурентоспособности;
завоевание новых рынков сбыта и потребителей;
снижение ответственности (налоговые льготы, снижение ставок страхования и т. п.);
укрепление морального состояния сотрудников.
Внедрение в практику таких задач позволит нам не только увеличить производительность, получить более качественную продукцию, т. е. обеспечить экономическую безопасность нашей страны, но и сохранить компоненты окружающей природы для наших детей и далеких потомков. Именно такой способ производства мы можем назвать устойчивым, который рассчитан на долговременное сосуществование человека и природы.
Таким образом, теоретической основой науки об охране окружающей среды является экология, которая свои корни возводит с античных времен, когда человек начал осознавать роль взаимодействия живых организмов и окружающей среды и выделять свою роль в этом. Экология ‑ это наука об условиях существования живых организмов и их взаимодействии друг с другом и средой, в которой они обитают. Экология состоит из нескольких подразделов – общей, частной и прикладной – и изучает все особенности взаимодействии человека и окружающей среды при ведении хозяйственной деятельности. Такие исследования являются теоретической основой охраны окружающей среды.
Контрольные вопросы
Опишите историю развития экологии.
Дайте определение экологии.
Какие имеются разделы экологии и что они изучают?
Что изучает сельскохозяйственная экология?
Решением каких задач занимается экология?
Перечислите практические вопросы, которые решает экология.