Учебное пособие

Учебное пособие по курсу « Экологические основы природопользования»

( теоретические основы)

Биосфера

Экология(термин введен Геккелем в 1866 г)– это наука, изучающая взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. В середине ХХ века экологию стали понимать как науку об экосистемах и биосфере.

Выделяют три основные ветви экологии.

Первая ветвь. Общая экология, или биоэкология, – это изучение взаимоотношений живых систем разных рангов (организмов, популяций, экосистем) со средой и между собой. Эту часть экологии в свою очередь подразделяют на следующие разделы:

• аутэкологию, т. е. изучение закономерности взаимоотношений организмов отдельного вида со средой обитания;

• демэкологию, или экологию популяций

• синэкологию, т. е. экологию сообществ;

• экосистемную и биосферную экологию.

Вторая ветвь. Геоэкология – это изучение геосфер, их динамики и взаимодействия, геофизических условий жизни, факторов неживой окружающей среды, действующей на организмы.

Третья ветвь. Прикладная экология – это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы.

Основными задачами экологии являются:

- постижение законов функционирования и развития биосферы как целостной системы;

- изучение реакций компонентов окружающей среды на возмущающие воздействия естественного и антропогенного происхождения;

- определение допустимых пределов воздействия человеческой цивилизации на окружающую среду;
- разработка концептуальных представлений и рекомендаций относительно путей развития общества, которые гарантировали бы соблюдение пределов воздействия на окружающую среду, существование и развитие последней.

Биосфера (термин предложен Эдуардом Зюссом в 1875 году) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Биосфера включает в себя верхние слои литосферы, в которых ещё живут организмы, гидросферу и нижние слои атмосферы. Распределение жизни в биосфере отличается крайней неравномерностью. Она слабо развита в пустынях, тундрах, глубинах океана, высоко в горах, тогда как в других участках биосферы чрезвычайно обильна и разнообразна. Наиболее высока концентрация живого вещества на границах раздела основных сред – в почве, т.е. пограничном слое между литосферой и атмосферой, в поверхностных слоях океана, на дне водоемов и особенно на литорали, в лиманах и эстуариях рек, где все три среды – почва, вода и воздух – близко соседствуют друг с другом. Места наибольшей концентрации организмов в биосфере В. И. Вернадский назвал «пленками жизни».

Границы биосферы

· Верхняя граница в атмосфере: 15-20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое ультрафиолетовое излучение, губительное для живых организмов.

· Нижняя граница в литосфере: 3,5-7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

· Граница между атмосферой и литосферой в гидросфере: 10-11 км. Определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Структура Биосферы:

1. Живое вещество - вся совокупность тел живых организмов, населяющих Землю, физико-химически едина, вне зависимости от их систематической принадлежности. Живые организмы населяют земную поверхность очень неравномерно. Их распространение зависит от географической широты.

2. Биогенное вещество - вещество, создаваемое и перерабатываемое живым организмом. Эту геологическую роль живого вещества можно представить себе по месторождениям угля, нефти, карбонатных пород и т. д.

3. Косное вещество- продукты, образующиеся без участия живых организмов.

4. Биокосное вещество - вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами, представляя динамически равновесные системы тех и других. Таковы почва, ил, кора выветривания и т.д. Организмы в них играют ведущую роль.

5. Вещество, находящееся в радиоактивном распаде.

6. Рассеянные атомы, непрерывно создающиеся из всякого рода земного вещества под влиянием космических излучений.

7. Вещество космического происхождения.

Экосистемы

Экосистема (термин предложен А. Тенсли в 1935 г) -природный комплекс (биокосная система), образованный живыми организмами (биоценоз) и средой их обитания, связанными между собой обменом веществ и энергии.

По размеру выделяют:

• Микроэкосистемы. Экосистемы самого нижнего ранга, по размеру сходные с небольшими компонентами среды: небольшой водоем, гниющий ствол упавшего дерева и т.п.

• Мезоэкосистемы. Примерами могут служить лес, река и т.п.

• Макроэкосистемы. Имеют очень большое распространение (в пределах морей, океанов, материков), например, горы Анды, материк Австралия.

• Глобальную экосистему, которая является аналогом биосферы.

По степени антропогенного воздействия экосистемы подразделяют на три вида:

• Природные (или естественные) – экосистемы не нарушенные влиянием человека. Например, отдаленные от человеческих поселений джунгли в Амазонии, заповедники, океанические впадины.

• Социоприродные – естественные системы, измененные человеком (парк, водохранилище)

• Антропогенные – системы, созданные человеком для извлечения выгоды. Делятся на техногенные и агроэкосистемы.

Отличия искусственной экосистемы от естественной:

– небольшое число видов (например, пшеница и некоторые виды сорных растений на пшеничном поле и связанные с ними животные);

– преобладание организмов одного или нескольких видов (пшеница в поле);

– короткие цепи питания из-за небольшого числа видов;

– незамкнутый круговорот веществ вследствие значительного выноса органических веществ и изъятия их из круговорота в виде урожая;

– невысокая устойчивость и неспособность к самостоятельному существованию без поддержки человека.

Также экосистемы можно классифицировать по многим другим признакам: структуре (наземные, пресноводные, морские, прибрежные и т.д.); источникам энергии (основной источник – Солнце, но присутствуют также другие субсидирующие источники).

Так как биомы (макроэкосистемы) распределены согласно консорциям, экосистемы принято классифицировать по типу преобладающего фитоценоза:

Наземные биомы 
Вечнозеленый тропический дождевой лес. 
Полувечнозеленый тропический лес. 
Пустыня: травянистая и кустарниковая.
Чапараль — районы с дождливой зимой и засушливым летом.
Тропические степи и саванна. 
Степь умеренной зоны. 
Листопадный лес умеренной зоны. 
Бореальные хвойные леса.
Тундра: арктическая и альпийская.
Водные экосистемы классифицируются по отличительным признакам: солености воды, особенностям водоема.
Типы пресноводных экосистем
Стоячие воды: озера, пруды и т.д. 
Текучие воды: реки, ручьи и т.д.
Заболоченные угодья: болота и болотистые леса.
Типы морских экосистем
Открытый океан.
Воды континентального шельфа (прибрежные воды).
Районы апвеллинга (районы подъема глубинных вод к поверхности; плодородные районы с продуктивным рыболовством).

Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек, соленые марши и т.д.).

В экосистеме можно выделить два компонента – биотический и абиотический. Биотический делится на автотрофный и гетеротрофный компоненты, формирующие трофическую структуру экосистемы.

С точки зрения структуры в экосистеме выделяют:

1. Климатический режим, определяющий температуру, влажность, режим освещения и прочие физические характеристики среды.

2. Неорганические вещества, включающиеся в круговорот.

3. Органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую части в круговороте вещества и энергии.

4. Продуценты – автотрофные организмы, создающие первичную продукцию (фототрофы – использующие энергию Солнца (фотосинтез) и энергию, выделяющуюся при окислении неорганических веществ (хемосинтез)).

5. Консументы – гетеротрофы, поедающие другие организмы (хищные) или крупные частицы органического вещества. Выделяют: фитофаги – растительноядные животные, консументы I порядка; зоофаги – хищники, консументы II, III и др. порядка; некрофаги – трупоядные животные; сапрофаги – питающиеся мертвыми растительными остатками; детритофаги – питающиеся мертвыми остатками растений и животных (детритом); миксотрофы - организмы со смешанным типом питания.

6. Редуценты – гетеротрофы, в основном грибы и бактерии, которые разрушают мёртвое органическое вещество, минерализуя его, тем самым, возвращая в круговорот.

Последние три компонента формируют биомассу экосистемы.

С точки зрения функционирования экосистемы выделяют следующие функциональные блоки организмов (помимо автотрофов):

Среди составляющих также выделяют экотоп, климатоп, эдафотоп, биотоп и биоценоз.

Экотоп – территория (или акватория) местообитания организмов, характеризующееся определённым сочетанием экологических условий: почв, грунтов, микроклимата и т.д., при этом не измененная деятельностью организмов (новообразованные формы рельефа).

Климатоп – воздушная (или водная) часть экосистемы, отличающаяся от окружающей своим составом, воздушным (водным) режимом, влажностью (соленостью) и/или другими параметрами.

Эдафотоп – почва, как часть среды преобразуемой организмами.

Биотоп – преобразованный биотой экотоп или, более точно, участок территории, однородный по условиям жизни для определённых видов растений или животных, или же для формирования определённого биоценоза.

Биоценоз – исторически сложившаяся совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма (биотоп). Биоценозы ограничиваются распределением детерминантов (определителей) зооценозов (консорций – популяций растений вместе с сопровождающими их организмами), в которых доминирующие виды растений создают условия для жизни других организмов.

 

Популяции

Популяция – совокупность особей одного вида, занимающих определенный ареал, свободно скрещивающихся друг с другом, имеющих общее происхождение, генетическую основу и в той или иной степени изолированных от других популяций данного вида.

Типы популяций.Популяции могут занимать разные по размеру площади и условия обитания в пределах местообитания одной популяции тоже могут быть не одинаковы. По этому признаку выделяют три типа популяций: элементарную, экологическую, географическую.

Элементарная (локальная) популяция – это совокупность особей одного вида, занимающих небольшой участок однородной площади. Между ними постоянно идет обмен генетической информацией.

Экологическая популяция – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Растения одного вида в ценозе называются ценопопуляцией. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто.

Географическая популяция – совокупность экологических популяций, заселивших географически сходные районы. Географические популяции существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, обмен генами происходит редко – у животных и птиц – во время миграций, у растений – при разносе пыльцы, семян и плодов. На этом уровне происходит формирование географических рас, разновидностей, выделяются подвиды.

Статические показатели: Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме.

Плотность – количество особей или их биомасса на единице площади или объема. В природе происходит постоянные колебания численности и плотности.

Организм и среда

Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания.

Среда – это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания.

Для обозначения совокупности условий жизни широко используются понятия «окружающая среда» и «среда обитания».При этом, прежде всего подразумевается среда жизни человека. Окружающая среда, среда обитания и деятельности человечества, окружающий человека природный и созданный им материальный мир. Окружающая среда включает природную среду и искусственную (техногенную) среду, т. е. совокупность элементов среды, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в девственной природе (здания, сооружения и т. п.).

Основные среды жизни:

водная среда жизни (обитатели – гидробионты). Характерной чертой ее является подвижность – она ясно выражена в проточных, быстро текущих реках, ручьях и даже в стоячих водоемах это имеет место. В морях и океанах наблюдаются приливы и отливы, мощные течения, штормы; в озерах вода перемещается под действием ветра и температуры. Движение воды обеспечивает снабжение водных организмов кислородом и питательными веществами, приводит к выравниванию температуры во всем водоеме;

наземно-воздушная среда особенностью является то, что организмы, обитающие здесь, окружены воздухом, который представляет собой смесь газов, а не их соединения. Воздух как экологический фактор характеризуется постоянством состава – азота в нем содержится 78,08%, кислорода – около 20,9%, аргона – около 1%, углекислого газа – 0,03%. За счет диоксида углерода и воды синтезируется органическое вещество и выделяется кислород. При дыхании происходит реакция, обратная фотосинтезу – потребление кислорода;

почвенная среда представляет собой совокупность выветренной материнской породы, живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Почва обладает специфическими физическими свойствами. Для нее характерна более или менее рыхлая структура, определенная водопроницаемость и аэрируемость. Она обладает также своеобразными биологическими особенностями, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью организмов;

живые организмы как среда жизни для растений и животных, ведущих симбиотический или паразитический образ жизни, организм, на котором или в котором они поселяются, является специфической средой жизни.

Факторы среды.

Экологический фактор– это элемент среды, оказывающий прямое влияние на живой организм, хотя бы на одной из стадий индивидуального развития. Все экологические факторы условно делятся на биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы– это все возможные влияния, которые испытывает живой организм со стороны окружающих его живых существ.

Абиотические факторы– это все влияющие на организм элементы неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы и т. д.). Выделяют:

- по отношению к температуре: пойкилотермные – холоднокровные животные с непостоянной внутренней температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры окружающей среды и гомойотермные – теплокровные животные, температура которых более или менее постоянна и не зависит от температуры окружающей среды.

Основные экологические законы.

Правило Бергмана: По мере удаления от полюсов к экватору размеры близких в систематическом отношении животных с непостоянной температурой тела увеличиваются, а с постоянной – уменьшаются.

У животных с постоянной температурой тела в холодных климатических зонах наблюдается тенденция к уменьшению площади выступающих частей тела – правило Аллена, поскольку они отдают в окружающую среду наибольшее количество тепла

Биоклиматический закон А. Хопкинса: Существует закономерная, довольно тесная связь развития фенологических явлений с широтой, долготой и высотой над уровнем моря. По мере продвижения на север, восток и в горы время наступления периодических явлений (как цветения, плодоношения, сбрасывания листвы) в жизнедеятельности организмов запаздывает на 4 дня на каждый градус широты, 5 градусов долготы и примерно на 100 м высоты.

- по отношению к свету: светолюбивые (световые), тенелюбивые (теневые), теневыносливые

- по отношению к влаге: гигрофиты– растения, обитающие в местах с высокой влажностью воздуха и (или) почвы; мезофиты – наземные растения, которые приспособлены к обитанию в среде с более или менее достаточным, но не избыточным увлажнением почвы; ксерофиты – растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху («засухоустойчивые»);

Антропогенные — это факторы, связанные с воздействием человека на природную среду.

Согласно другой классификации различают первичные и вторичные периодические и непериодические факторы.

К первичным относят температуру, изменения положения Земли по отношению к Солнцу, благодаря которым в эволюции возникла суточная, сезонная, годичная периодичность многих биологических процессов. 

Вторичные периодические факторы являются производными первичных, например, уровень влажности зависит от температуры, поэтому в холодных областях планеты воздух содержит меньше водяных паров, непериодические факторы действуют на организм или популяцию внезапно, эпизодически. К ним относят стихийные силы природы - извержение вулканов, ураган, удар молнии, наводнение и др.

По степени направленности действия факторы среды обитания можно классифицировать следующим образом:

1) периодические факторы (суточные, годовые и т.п.);

2) повторяющиеся без строгой периодичности (наводнения, ураганы, землетрясения и т.п.);

3) факторы однонаправленного действия (изменение климата, заболачивание и т.п.);

4) случайные и неопределенные факторы, наиболее опасные для организма, так как зачастую встречаются впервые.

Общие законы действия факторов среды на организмы

Закон оптимума. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено». В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке, – эврибионтными

Лимитирующие факторы – факторы, находящиеся в таком недостатке или, наоборот, избытке, который ограничивает возможность нормального существования популяции или вида. Лимитирующими факторами могут являться свет, тепло, вода, химические вещества, в том числе вещества загрязнения среды.

Способность видов осваивать разные среды обитания характеризуется величиной экологической валентности. Для большинства видов экологический оптимум ограничен. Сохранение должного уровня биологической активности, несмотря на колебания интенсивности экологических факторов, обеспечивается гомеостатическими механизмами на уровне особи или популяции.

К этим факторам относят:

· энергетическое состояние среды (тепловое и волновое, включая магнитное и гравитационное поля);

· химический и динамический характер атмосферы;

· водный компонент (влажность воздуха, зеленой поверхности, химический состав вод, их физика, само их наличие и соотношение с населенной сушей);

· физический, химический и механический характер поверхности земли (включая геоморфологические структуры – равнинность, холмистость, гористость и т. д.);

· облик и состав биологической части экологических систем (растительности, животного и микробного населения) и их ландшафтных сочетаний, в том числе сочетаний непахотных сельскохозяйственных и лесохозяйственных земель с естественными экосистемами;

· степень сбалансированности и стационарности компонентов, создающих климатические и пейзажные условия и обеспечивающих определенный ритм природных явлений, в том числе стихийно–разрушительного и иного характера, рассматриваемого как бедствие (землетрясения, наводнения, ураганы, природно–очаговые заболевания и т. д.);

· плотность населения и взаимовлияние самих людей как биологический фактор;

· информационная составляющая всех перечисленных явлений.

Закон минимума Ю.ЛИБИХА (1840 г) – концепция, согласно которой существование и выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Согласно закону минимума жизненные возможности организмов лимитируют те экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму. «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай».

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток факторов. В экологию такое положение вошло как закон толерантности В. Шелфорда (1913 г.): «Лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия». Под ограничивающим фактором понимают фактор, уровень которого в качественном и количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма

Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды в ареале, при которых возможно существование определенного вида, т.е. некий образ его жизни.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.

Основные механизмы адаптации:

1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества;

2) физиологические – например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов;

3) морфо‑анатомические – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни;

4) поведенческие – например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т. п.;

5) онтогенетические – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т.е. могут влиять как раздражители,вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители,обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Экология и человек

Ноосфера (Эдуард Леруа совместно с Пьером Тейяром де Шарденом в 1927) – сфера разума; сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития (эта сфера обозначается также терминами «антропосфера», «биотехносфера»).

Техносфера - область действительности, для которой характерно применение техники.

Основные предпосылки создания ноосферы:

· расселение человечества по всей поверхности Земли и физическое уничтожение видов, «конкурирующих с человеком»,

· радикальное усовершенствование средств связи и создания единой информационной системы и единой системы контроля над людьми,

· создание и разработка новых источников энергии (атомной, геотермической, «лунной», «ганглиевой»),

· «подъём благосостояния трудящихся» и «победа демократии»,

· установление «равенства всех людей», причём не только равенства перед законом, но и других его форм,

· учреждение единого планетарного марксистско-ленинского государства,

· вовлечение «широких народных масс» в занятие наукой,

· превращение человечества в «геологическую силу».

Окружающая человека среда состоит из четырех взаимосвязанных компонентов – подсистем:

а) собственно природной среды,

б) порожденной агротехнической среды – «второй природы»,

в) искусственной среды – «третьей природы»

г) социальной среды.

Природная среда, окружающая человека – факторы чисто естественного или природно-антропогенного системного происхождения, прямо или косвенно, осознанно или неосознанно воздействующие на отдельного человека или человеческие коллективы, включая и все человечество.

Среда «второй природы», или квазиприродная среда – все модификации природной среды, искусственно преобразованные людьми и характеризующиеся свойством отсутствия системного самоподдержания, т.е. постепенно разрушающиеся без постоянного регулирующего воздействия со стороны человека:

· пахотные земли, культурные ландшафты и т.д.;

· грунтовые дороги;

· внешнее пространство населенных мест с его природными физико–химическими характеристиками и внутренней структурой (разграничением заборами, различными постройками, изменяющими тепловой и ветровой режимы, зелеными полосами, прудами и т.п.);

· зеленые насаждения (бульвары, газоны, ландшафтные парки, лесопарки, сады, дающие имитацию природной среды).

Все эти образования имеют природное происхождение, представляют собой видоизмененную природную среду и не являются чисто искусственными, не существующими в природе.

«Третья природа», или артеприродная среда – весь искусственный мир, созданный человеком, вещественно – энергетически не имеющий аналогов в естественной природе, системно чуждый ей и без непрерывного обновления немедленно начинающий разрушаться. Сюда можно отнести асфальт и бетон современных городов, внутреннее пространство мест жизни и работы, транспорта и предприятий сферы обслуживания, технологическое оборудование, транспортные объекты, мебель и другие вещи, всю синтетику и т. д.

Биосфера все более насыщается вредными для живых организмов веществами антропогенного происхождения. Миллиарды тонн в год этих веществ выбрасываются в атмосферу, сбрасываются в водоемы, накапливаются в отходах. С воздушными потоками, речными и морскими течениями вредные вещества переносятся на большие расстояния через границы государств, создавая глобальную проблему загрязнения, наносят ущерб здоровью людей, природе, материальным ценностям.

Энергетическая проблема

Традиционные источники энергии: уголь, нефть, газ

Альтернативные источники энергии – это возобновляемые источники энергии, к которым относятся: энергия солнца, ветер, приливы и отливы, морские волны, тепло планеты.

Причины возникновения энергетической проблемы: Главнойпричиной возникновения глобальной энергетической проблемы следует считатьбыстрый рост потребления минерального топлива в XX в.

Мониторинг окружающей среды

Экологический мониторинг–система наблюдения, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенного воздействия.

Классификацию мониторинга проводят по различным признакам: по масштабам загрязнений; по объектам наблюдений; по методам наблюдений.

По масштабам загрязнений: глобальный, региональный, импактный, базовый (фоновый). Глобальный мониторингпредусматривает слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере и осуществление прогноза возможных изменений. Региональный мониторинг охватывает отдельные регионы, в пределах которых наблюдаются процессы и явления, отличающиеся по природному характеру или по антропогенным воздействиям от естественных биологических процессов. Импактный мониторинг обеспечивает наблюдения в особо опасных зонах и местах, непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ. Базовый мониторинг – это слежение за состоянием природных систем, на которые практически не накладываются антропогенные воздействия.Для осуществления базового мониторинга используют удаленные от промышленных регионов территории (биосферные заповедники).

По объектам наблюдения: мониторинг антропогенных изменений в атмосфере, гидросфере, почве, мониторинг источников загрязнения.

При мониторинге качественно и количественно характеризуется состояние воздуха, поверхностных вод, климатические изменения, свойства почвенного покрова, состояние растительного и животного мира. К каждому из перечисленных компонентов биосферы предъявляются особые требования и разрабатываются специфические методы анализа.

По методам наблюдения: авиационный, спутниковый (дистанционный), геофизический, мониторинг по физическим, химическим и биологическим показателям.

Задача системы экологического мониторинга - накапливать, систематизировать и анализировать информацию:

• о состоянии окружающей среды;

• о причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (об источниках и факторах воздействия);

• о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;

• о существующих резервах биосферы.

Три основных направления деятельности мониторинга:

- наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды;

- оценка фактического состояния среды;

- прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния.

Экологический мониторинг позволяет:

• обеспечить постоянную оценку условий среды обитания человека, выявить текущее состояние природных сред и биологических объектов, а также функциональную целостность экосистем;

• установить причины негативных изменений в состоянии того или иного природного объекта, а также источники их возникновения, до того как будет нанесен значимый ущерб;

• разработать программу оптимизационных мероприятий.

В настоящее время в России сложилась национальная система мониторинга окружающей природной среды, включающая три вида мониторинга:

• социально-гигиенический мониторинг – система наблюдений за изменениями биосферы под влиянием антропогенной деятельности с точки зрения возможных неблагоприятных воздействий на здоровье человека и условия его жизни;

• экологический мониторинг –система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданную с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природ­ных.

• климатический мониторинг – система непрерывного сбора,анализа и оценки данных, определяющих состояние климата и его изменений в пространстве и во времени

Методы химического и физико-химического анализа позво­ляют определить качественный и количественный состав загрязняющих веществ в окружающей среде (в воздухе, почве, воде).

Биоиндикация— это обнаружение и определение антропогенных нагрузок по реакциям на них живых организмов и их сообществ

Водные ресурсы и их охрана

Рациональное использование и охрана водных ресурсов— экономное комплексное с наименьшими негативными последствиями для природы и населения использование вод, предусматривающее проведение комплекса научно-технических, экономических, правовых и других мероприятий

Наиболее ценные виды водных (неистощимым) ресурсов - воды рек, озер, водохранилищ, верхние горизонты подземных вод, кото­рые активно участвуют в процессе круговорота воды на Земле.

Причины дефицита чистой пресной воды - нерациональное использование и крайне не­равномерное распределение по поверхности суши, а именно, а) интенсивное увеличение по­требности в воде в результате быстрого роста населения планеты и развития промышленности, сельского хозяйства, урбанизации, требующих огромных затрат водных ресурсов; б) загрязнение во­доемов сточными водами промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных предприятий; в) потери пресной воды вследствие сокращения водоносности рек, истощения подземных вод и дру­гих причин.

Крупные потребители воды рек, озер и водохранилищ в мире – сельское хозяйство (прежде всего ирригация), Второе место занимают промышленность и энергетика, третье – коммунальное хозяйство городов, четвертое – население.

Основные источники загрязнения водоемов: промышленные и коммунальные канализационные стоки, смыв с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты, дренажные воды систем орошения, стоки животноводческих ферм, ливневые стоки в городах.

Для рационального (т.е. экономного, комплексного, с наименьшими негативными последствиями для населения и природы) использованияи охраны водных ресурсов необходимы: организация геоэкологического мониторинга важ­нейших водоемов - источников водоснабжения, постоянный учет водопотребителей и водопользователей, пополнениеи уточнение Государственного водного кадастра, совершенствование правовых основ использования водных ресурсов.В условиях неравномерного естественного распределения водных ресурсов особое значение приобретает:

регулирование речного стока, т.е. его искусственное перераспределение во времени (реже в пространстве) с помощью сооружения водохранилищ;

наращивание объемов оборотного и многократного водоснабжения;

внедрение безводные и маловодные технологий, что уменьшит удельный расход воды на единицу продукции;

сокращение непроизводительного расходования воды в орошаемом земледелии;

повышение технического уровня эксплуатации систем водоснабжения:  реконструирование их, сокращение удельного расхода воды на коммунальные нужды в коммунальном хозяйстве;

совершенствование способов очистки промышленных, сельскохозяйственных и ком­мунальных сточных вод

Конференции и соглашения

Международная конвенция по регулированию китобойного промысла (Вашингтон, 2 декабря 1946г.), дополнившая и развившая положения Соглашения по регулированию китобойного промысла (Лондон, 8 июня 1937 г.);

Первая Межправительственная конференция экспертов по научным основам рационального использования и сохранения естественных ресурсов биосферы(Париж, 4-13 сентября 1968 г.), подготовленная ЮНЕСКО в сотрудничестве с ООН, ФАО, ВОЗ, МСОП и др.;

Конференция ООН по окружающей среде (Стокгольм, 5-6 июня 1972 г,где обозначены пути решения организационных, экономических и политических задач взаимоотношений государств при сотрудничестве в области охраны ОС;

Формы биотических взаимоотношений

Симбиоз – сожительство- форма взаимоотношения, из которых оба партнера или хотя бы один извлекают пользу.

Симбиоз подразделяется на мутуализм, протокооперацию и комменсализм.

Мутуализм – форма симбиоза, при которой присутствие каждого из двух видов становится обязательным для обоих, каждый из сожителей получает относительно равную пользу, и партнеры (или один из них) не могут существовать друг без друга.

Типичный пример мутуализма – отношения термитов и жгутиковых простейших, обитающих в их кишечнике.

Протокооперация – форма симбиоза, при которой совместное существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них. В этих случаях отсутствует связь именно этой, конкретной пары партнеров.

Примером протокооперации являются взаимоотношения мелких рыбок семейства губановых и крупных хищных мурен.

Комменсализм – форма симбиоза, при которой один из сожительствующих видов получает какую-либо пользу, не принося другому виду ни вреда, ни пользы.Комменсализм, в свою очередь, подразделяется на квартиранство, сотрапезничество, нахлебничество.

"Квартиранство" – форма комменсализма, при которой один вид использует другой (его тело или его жилище) в качестве убежища или своего жилья.

"Сотрапезничество" – форма комменсализма, при которой несколько видов потребляют разные вещества или части одного и того же ресурса.

"Нахлебничество" – форма комменсализма, при которой один вид потребляет остатки пищи другого.

Нейтрализм – тип биотической связи, при которой совместно обитающие на одной территории организмы не влияют друг на друга. При нейтрализме особи разных видов не связаны друг с другом непосредственно.Например, белки и лось в одном лесу не контактируют друг с другом.

Антибиоз - тип биотической связи, когда обе взаимодействующие популяции (или одна из них) испытывают отрицательное влияние друг друга.Антибиоз подразделяется на аменсализм, хищничество, конкуренцию и паразитизм.

Аменсализм – форма антибиоза, при которой один из совместно обитающих видов угнетает другой, не получая от этого ни вреда, ни пользы. Пример: светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от сильного затемнения, в то время как сами на дерево никак не влияют.

Хищничество - тип антибиоза, при котором представители одного вида питаются представителями другого вида. Хищничество широко распространено в природе как среди животных, так и среди растений. Примеры: насекомоядные растения; лев, поедающий антилопу и т.д.

Конкуренция - тип биотических взаимоотношений, при котором организмы или виды соперничают друг с другом в потреблении одних и тех же обычно ограниченных ресурсов. Конкуренцию подразделяют на внутривидовую и межвидовую.

Внутривидовая конкуренция – соперничество за одни и те же ресурсы, происходящее между особями одного и того же вида. Это важный фактор саморегулирования популяции. Примеры: птицы одного вида конкурируют из-за места гнездования. Самцы многих видов млекопитающих (например, оленей) в период размножения вступают друг с другом в борьбу за возможность обзавестись семьей.

Межвидовая конкуренция – соперничество за одни и те же ресурсы, происходящее между особями разных видов. Примеры межвидовой конкуренции многочисленны. И волки, и лисы охотятся на зайцев. Поэтому между этими хищниками возникает конкуренция за пищу. Это не значит, что они непосредственно вступают в борьбу друг с другом, но успех одного означает неуспех другого.

Паразитизм - форма антибиоза, когда представители одного вида используют питательные вещества или ткани особей другого вида, а также его самого в качестве временного или постоянного местообитания.

Трофическая структура. Виды, входящие в состав экосистемы, связаны между собой пищевыми связями, так как служат объектами питания друг для друга. Последовательность питающихся друг другом организмов называют пищевой, илитрофической, цепью. Отдельные звенья трофической цепи называют трофическими уровнями.

Пищевые цепи, которые начинаются с растений, идут через растительноядных животных к другим потребителям, называют пастбищнымиилицепями выедания.

Пищевые цепи другого типа начинаются с отмерших растений, трупов или помета животных и идут к мелким животным и микроорганизмам. Эти цепи называют детритными, илицепями разложения.

Например:

растения →овцы →человек; растения →кузнечики →ящерицы →орел; растения →насекомые →лягушки →змеи →орел.

мертвые ткани растений →грибы →многоножки кивсяки →грибы →ногохвостки коллемболы →хищные клещи →хищные многоножки →бактерии.

Совокупность пищевых связей в экосистеме образует пищевые сети, в которых многие консументы служат пищей нескольким членам экосистемы. В то же время некоторые животные могут принадлежать сразу к нескольким трофическим уровням, так как питаются и растительной, и животной пищей, то есть являются всеядными (например, медведь).

Продуктивность экологической системы – это скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию солнца в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество.

Различают разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и вторичная продукция. Органическая масса создаваемая продуцентами в единицу времени, называется первичной продукцией, а прирост за единицу времени массы консументов – вторичной продукцией.

Трофические структуры можно выразить графически в виде экологических пирамид. Пирамиду составляют прямоугольники, которые изображают разные звенья пищевой цепи. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Известны три основных типа экологических пирамид:

1) пирамиды биомассы, характеризующие массу живого вещества на каждом уровне;

2) пирамиды энергии, показывающие, изменение энергии на последующих трофических уровнях;

3) пирамиды чисел, отражающие численность организмов на каждом уровне.

"Правило десяти процентов": С одного трофического уровня на другой передается лишь около 10% энергии; или с одного трофического уровня экологической пирамиды переходит на другой, более высокий ее уровень (по «лестнице» продуцент-консумент-редуцент), в среднем около 10 % энергии, поступившей на предыдущий уровень экологической пирамиды.

Гомеостаз – способность биологических систем – организма, популяции и экосистем противостоять изменениям и сохранять равновесие. Обычно выделяют два типа гомеостаза: резистентный – способность экосистем сохранять структуру и функции при негативном внешнем воздействии (локальная устойчивость) и упругий – способность экосистемы восстанавливать структуру и функции при утрате части компонентов экосистемы (общая устойчивость).

Сукцессия — последовательная необратимая смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных или антропогенных факторов. Последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном пространстве, называется стадиями развития. Различают множество форм сукцессии (фитогенная, зоогенная, ландшафтная, антропогенная, пирогенная, катастрофическая и др.). В оптимальных условиях любая сукцессия заканчивается возникновением медленно развивающегося климаксового сообщества. Различают первичные и вторичные сукцессии. Первичная сукцессияразвивается на лишенных жизни территориях, вторичная- восстановление после природных катаклизмов.

Термин «сукцессия» предложен Г. Каулсоном (1898).

Существует множество классификаций сукцессий:

· по происхождению (первичные и вторичные),

· по масштабу времени (быстрые, средние, медленные, очень медленные),

· по обратимости (обратимые и необратимые),

· по степени постоянства процесса (постоянные и непостоянные),

· по тенденциям изменения продуктивности и видового богатства (прогрессивные и регрессивные),

· по антропогенности (антропогенные и природные),

· по характеру происходящих во время сукцессии изменений (автотрофные и гетеротрофные).

Климакс – высшая ступень развития экосистем; финальная установившаяся стадия их развития, находящаяся в наиболее полном единстве с климатом данной, местности.

Устойчивость экосистем – это способность экосистем сохранять структуру и нормальное функционирование при изменениях экологических факторов.

 

Организм и среда

Одним из важнейших понятий экологии является среда обитания.

Среда – это совокупность факторов и элементов, воздействующих на организм в месте его обитания.

Для обозначения совокупности условий жизни широко используются понятия «окружающая среда» и «среда обитания».При этом, прежде всего подразумевается среда жизни человека. Окружающая среда, среда обитания и деятельности человечества, окружающий человека природный и созданный им материальный мир. Окружающая среда включает природную среду и искусственную (техногенную) среду, т. е. совокупность элементов среды, созданных из природных веществ трудом и сознательной волей человека и не имеющих аналогов в девственной природе (здания, сооружения и т. п.).

Основные среды жизни:

водная среда жизни (обитатели – гидробионты). Характерной чертой ее является подвижность – она ясно выражена в проточных, быстро текущих реках, ручьях и даже в стоячих водоемах это имеет место. В морях и океанах наблюдаются приливы и отливы, мощные течения, штормы; в озерах вода перемещается под действием ветра и температуры. Движение воды обеспечивает снабжение водных организмов кислородом и питательными веществами, приводит к выравниванию температуры во всем водоеме;

наземно-воздушная средаособенностью является то, что организмы, обитающие здесь, окружены воздухом, который представляет собой смесь газов, а не их соединения. Воздух как экологический фактор характеризуется постоянством состава – азота в нем содержится 78,08%, кислорода – около 20,9%, аргона – около 1%, углекислого газа – 0,03%. За счет диоксида углерода и воды синтезируется органическое вещество и выделяется кислород. При дыхании происходит реакция, обратная фотосинтезу – потребление кислорода;

почвенная среда представляет собой совокупность выветренной материнской породы, живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Почва обладает специфическими физическими свойствами. Для нее характерна более или менее рыхлая структура, определенная водопроницаемость и аэрируемость. Она обладает также своеобразными биологическими особенностями, поскольку тесно связана с жизнедеятельностью организмов;

живые организмы как среда жизни  для растений и животных, ведущих симбиотический или паразитический образ жизни, организм, на котором или в котором они поселяются, является специфической средой жизни.

Экологический фактор– это элемент среды, оказывающий прямое влияние на живой организм, хотя бы на одной из стадий индивидуального развития. Все экологические факторы условно делятся на биотические, абиотические и антропогенные.

Биотические факторы– это все возможные влияния, которые испытывает живой организм со стороны окружающих его живых существ.

Абиотические факторы– это все влияющие на организм элементы неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы и т. д.). Выделяют:

- по отношению к температуре: пойкилотермные – холоднокровные животные с непостоянной внутренней температурой тела, меняющейся в зависимости от температуры окружающей среды и гомойотермные – теплокровные животные, температура которых более или менее постоянна и не зависит от температуры окружающей среды.

Правило Бергмана: По мере удаления от полюсов к экватору размеры близких в систематическом отношении животных с непостоянной температурой тела увеличиваются, а с постоянной – уменьшаются.

У животных с постоянной температурой тела в холодных климатических зонах наблюдается тенденция к уменьшению площади выступающих частей тела – правило Аллена, поскольку они отдают в окружающую среду наибольшее количество тепла

Биоклиматический закон А. Хопкинса: Существует закономерная, довольно тесная связь развития фенологических явлений с широтой, долготой и высотой над уровнем моря. По мере продвижения на север, восток и в горы время наступления периодических явлений (как цветения, плодоношения, сбрасывания листвы) в жизнедеятельности организмов запаздывает на 4 дня на каждый градус широты, 5 градусов долготы и примерно на 100 м высоты.

- по отношению к свету: светолюбивые (световые), тенелюбивые (теневые), теневыносливые

- по отношению к влаге: гигрофиты– растения, обитающие в местах с высокой влажностью воздуха и (или) почвы; мезофиты – наземные растения, которые приспособлены к обитанию в среде с более или менее достаточным, но не избыточным увлажнением почвы; ксерофиты – растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху («засухоустойчивые»);

Антропогенные — это факторы, связанные с воздействием человека на природную среду.

Согласно другой классификации различают первичные и вторичные периодические и непериодические факторы.

К первичным относят температуру, изменения положения Земли по отношению к Солнцу, благодаря которым в эволюции возникла суточная, сезонная, годичная периодичность многих биологических процессов. Вторичные периодические факторы являются производными первичных, например, уровень влажности зависит от температуры, поэтому в холодных областях планеты воздух содержит меньше водяных паров, непериодические факторы действуют на организм или популяцию внезапно, эпизодически. К ним относят стихийные силы природы - извержение вулканов, ураган, удар молнии, наводнение и др.

По степени направленности действия факторы среды обитания можно классифицировать следующим образом:

1) периодические факторы (суточные, годовые и т.п.);

2) повторяющиеся без строгой периодичности (наводнения, ураганы, землетрясения и т.п.);

3) факторы однонаправленного действия (изменение климата, заболачивание и т.п.);

4) случайные и неопределенные факторы, наиболее опасные для организма, так как зачастую встречаются впервые.

Общие законы действия факторов среды на организмы

Закон оптимума. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды.

Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври». Неспособность переносить значительные колебания фактора, или узкая экологическая валентность, характеризуется приставкой «стено». В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке, – эврибионтными

Лимитирующие факторы – факторы, находящиеся в таком недостатке или, наоборот, избытке, который ограничивает возможность нормального существования популяции или вида. Лимитирующими факторами могут являться свет, тепло, вода, химические вещества, в том числе вещества загрязнения среды.

Способность видов осваивать разные среды обитания характеризуется величиной экологической валентности. Для большинства видов экологический оптимум ограничен. Сохранение должного уровня биологической активности, несмотря на колебания интенсивности экологических факторов, обеспечивается гомеостатическими механизмами на уровне особи или популяции.

К этим факторам относят:

· энергетическое состояние среды (тепловое и волновое, включая магнитное и гравитационное поля);

· химический и динамический характер атмосферы;

· водный компонент (влажность воздуха, зеленой поверхности, химический состав вод, их физика, само их наличие и соотношение с населенной сушей);

· физический, химический и механический характер поверхности земли (включая геоморфологические структуры – равнинность, холмистость, гористость и т. д.);

· облик и состав биологической части экологических систем (растительности, животного и микробного населения) и их ландшафтных сочетаний, в том числе сочетаний непахотных сельскохозяйственных и лесохозяйственных земель с естественными экосистемами;

· степень сбалансированности и стационарности компонентов, создающих климатические и пейзажные условия и обеспечивающих определенный ритм природных явлений, в том числе стихийно–разрушительного и иного характера, рассматриваемого как бедствие (землетрясения, наводнения, ураганы, природно–очаговые заболевания и т. д.);

· плотность населения и взаимовлияние самих людей как биологический фактор;

· информационная составляющая всех перечисленных явлений.

Закон минимума Ю.ЛИБИХА (1840 г) – концепция, согласно которой существование и выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей. Согласно закону минимума жизненные возможности организмов лимитируют те экологические факторы, количество и качество которых близки к необходимому организму или экосистеме минимуму. «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай».

Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, но и избыток факторов. В экологию такое положение вошло как закон толерантности В. Шелфорда (1913 г.): «Лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия». Под ограничивающим фактором понимают фактор, уровень которого в качественном и количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма

Экологическая ниша – совокупность всех факторов среды в ареале, при которых возможно существование определенного вида, т.е. некий образ его жизни.

Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Под адаптациями понимаются любые изменения в структуре и функциях организмов, повышающие их шансы на выживание.

Основные механизмы адаптации:

1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах, как, например, смена работы ферментов или изменение их количества;

2) физиологические – например, усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов;

3) морфо‑анатомические – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни;

4) поведенческие – например, поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд и т. п.;

5) онтогенетические – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующие выживанию при изменении условий.

Экологические факторы среды оказывают на живые организмы различные воздействия, т.е. могут влиять как раздражители,вызывающие приспособительные изменения физиологических и биохимических функций; как ограничители,обусловливающие невозможность существования в данных условиях; как модификаторы, вызывающие морфологические и анатомические изменения организмов; как сигналы, свидетельствующие об изменениях других факторов среды.

Экология и человек

Ноосфера (Эдуард Леруа совместно с Пьером Тейяром де Шарденом в 1927) – сфера разума; сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития (эта сфера обозначается также терминами «антропосфера», «биотехносфера»).

Техносфера - область действительности, для которой характерно применение техники.

Основные предпосылки создания ноосферы:

· расселение человечества по всей поверхности Земли и физическое уничтожение видов, «конкурирующих с человеком»,

· радикальное усовершенствование средств связи и создания единой информационной системы и единой системы контроля над людьми,

· создание и разработка новых источников энергии (атомной, геотермической, «лунной», «ганглиевой»),

· «подъём благосостояния трудящихся» и «победа демократии»,

· установление «равенства всех людей», причём не только равенства перед законом, но и других его форм,

· учреждение единого планетарного марксистско-ленинского государства,

· вовлечение «широких народных масс» в занятие наукой,

· превращение человечества в «геологическую силу».

Окружающая человека среда состоит из четырех взаимосвязанных компонентов – подсистем:

а) собственно природной среды,

б) порожденной агротехнической среды – «второй природы»,

в) искусственной среды – «третьей природы»

г) социальной среды.

Природная среда, окружающая человека – факторы чисто естественного или природно-антропогенного системного происхождения, прямо или косвенно, осознанно или неосознанно воздействующие на отдельного человека или человеческие коллективы, включая и все человечество.

Среда «второй природы», или квазиприродная среда – все модификации природной среды, искусственно преобразованные людьми и характеризующиеся свойством отсутствия системного самоподдержания, т.е. постепенно разрушающиеся без постоянного регулирующего воздействия со стороны человека:

· пахотные земли, культурные ландшафты и т.д.;

· грунтовые дороги;

· внешнее пространство населенных мест с его природными физико–химическими характеристиками и внутренней структурой (разграничением заборами, различными постройками, изменяющими тепловой и ветровой режимы, зелеными полосами, прудами и т.п.);

· зеленые насаждения (бульвары, газоны, ландшафтные парки, лесопарки, сады, дающие имитацию природной среды).

Все эти образования имеют природное происхождение, представляют собой видоизмененную природную среду и не являются чисто искусственными, не существующими в природе.

«Третья природа», или артеприродная среда – весь искусственный мир, созданный человеком, вещественно – энергетически не имеющий аналогов в естественной природе, системно чуждый ей и без непрерывного обновления немедленно начинающий разрушаться. Сюда можно отнести асфальт и бетон современных городов, внутреннее пространство мест жизни и работы, транспорта и предприятий сферы обслуживания, технологическое оборудование, транспортные объекты, мебель и другие вещи, всю синтетику и т. д.

Биосфера все более насыщается вредными для живых организмов веществами антропогенного происхождения. Миллиарды тонн в год этих веществ выбрасываются в атмосферу, сбрасываются в водоемы, накапливаются в отходах. С воздушными потоками, речными и морскими течениями вредные вещества переносятся на большие расстояния через границы государств, создавая глобальную проблему загрязнения, наносят ущерб здоровью людей, природе, материальным ценностям.

Природопользование- научное направление (учение о принципах и методах эксплуатации природных ресурсов, включая анализ воздействия человека на природу и последствий этого воздействия) и одновременно деятельность по использованию природно-ресурсного потенциала, включая мероприятия по его сохранению и восстановлению.

Основная задача природопользования как научной дисциплины — поиск и разработка таких принципов и путей оптимизации взаимоотношений общества и природы, которые должны способствовать удовлетворению материальных потребностей людей и сохранению и воспроизведению благоприятной для них внешней среды

Рациональное природопользование– комплексное, экономически эффективное и неистощительное использование природных ресурсов в сочетании с требованиями охраны окружающей природной среды и экологической безопасности.

Исходный принцип рационального природопользования– требование, согласно которому экономическая специализация и организация хозяйства, социальное устройство общества должны соответствовать природно-ресурсной обеспеченности территории, ресурсовоспроизводящей и средовосстановительной функциям экосистем.

Природные (естественные) ресурсы– тела и силы природы (различные виды веществ и энергии), которые на данном уровне развития производительных сил используются или могут быть использованы для удовлетворения потребностей человеческого общества.

Природно-ресурсный потенциал– предельное количество природных ресурсов, которое человек может использовать без подрыва своего существования и развития.

Воспроизводство природных ресурсов– сфера общественного производства, связанная с расширенным получением природных ресурсов, поддержанием исходного состояния природных компонентов и комплексов, восстановлением нарушенных объектов природы.

Классификация природных ресурсов– разделение ресурсов на груп­пы по определенным признакам:.по происхождению, по видам хозяйственного использования, по признаку исчерпаемости.

Классификация природных ресурсов по происхождению. По принадлежности к компонентам природной среды выделяют следующие ресурсы: минеральные, климатические, водные, растительные, земельные, почвенные и ресурсы животного мира.

Классификация природных ресурсов по видам хозяйственного использования.Основной принцип подразделения ресурсов – их привязка к различным секторам материального производства. По этому признаку их делят на ресурсы промышленного и сельскохозяйственного производства.

Первые включают все виды природного сырья, используемые промышленностью. В связи с большим разнообразием промышленного производства сначала выделяют энергетические и неэнергетические ресурсы.К энергетическим относят виды ресурсов, используемых на современном этапе развития науки и техники для производства энергии:

а) горючие полезные ископаемые (нефть, угли, газ, уран, битуминозные сланцы и др.);

б) гидроэнергоресурсы (энергия свободно падающих речных вод, приливно-волновая энергия морских вод и др.);

в) источники биоконверсионной энергии (использование топливной древесины, производство биогаза на основе отходов сельского хозяйства);

г) ядерное сырье, используемое для получения атомной энергии;

д) энергия ветра и др.

Неэнергетические ресурсы включают элементы природной среды, которые поставляют сырье для различных отраслей промышленности или участвуют в производстве по технологической необходимости:

а) полезные ископаемые, не используемые для производства энергии;

б) воды, необходимые для промышленного водоснабжения;

в) земли, занятые промышленными объектами и объектами инфрастуктуры;

г) лесные ресурсы, поставляющие сырье для лесохимии и строительной индустрии;

д) рыбные ресурсы и др.

Ресурсы сельскохозяйственного производства объединяют те элементы природы, которые участвуют в создании сельскохозяйственной продукции:

а) агроклиматические – ресурсы тепла и влаги, необходимые для роста и развития культурных растений или выпаса скота;

б) почвенно-земельные ресурсы – земля и ее слой – почва, обладающая уникальным свойством продуцировать биомассу, рассматриваются и как природный ресурс, и как средство производства в растениеводстве;

в) растительные кормовые ресурсы – биоценозы, служащие кормовой базой для выпасаемого скота;

г) водные ресурсы – воды, используемые в растениеводстве для орошения, а в животноводстве – для водопоя и содержания скота.

Классификация природных ресурсов по признаку исчерпаемости (экологическая классификация).

Исчерпаемые ресурсыобразуются в земной коре или в ландшафтной сфере, но объемы и скорость их формирования измеряют по геологической шкале времени. потребности в таких ресурсах со стороны производства или для организации благоприятных условий обитания человеческого общества значительно превышают объемы и скорость их естественного восполнения.

На основе интенсивности и скорости естественного образования исчерпаемыересурсы делят на невозобновляемые, возобновляемыеиотносительно (не полностью) возобновляемые.

К невозобновляемым ресурсам относят почти все виды минеральных ресурсов (и частично земельные ресурсы (например, карьеры или искусственные изменения рельефа при крупном промышленном или гражданском строительстве, в своем естественном виде уже не восстанавливаются).

К возобновляемым ресурсам принадлежат ресурсы растительного и животного мира.

Относительно (не полностью) возобновляемые ресурсы хотя и восстанавливаются в исторические отрезки времени, но возобновляемые объемы их значительно меньше объемов хозяйственного потребления. Именно поэтому такие виды ресурсов весьма уязвимы, в связи с чем требуется особенно тщательный контроль со стороны человека.

К относительно возобновляемым ресурсам относятся и очень дефицитные природные богатства:

а) продуктивные пахотно-пригодные почвы;

б) леса с древостоями зрелого возраста;

в) водные ресурсы на региональном и локальном уровнях.

К неисчерпаемым относят те виды природных ресурсов, запасы которых неиссякаемы как в настоящее время, так и в обозримом будущем. Это понятие включает лишь сам факт «вечного» получения вещества и энергии, но не учитывает возможные (или неизбежные) лимиты их практического использования. В число неисчерпаемых включают водные ресурсы, климатические ресурсы, энергию земных недр, морских приливов и волн.

Инвентаризация природных ресурсов– учет количества, качества, динамики запасов, формы и степени эксплуатации естественных ресурсов территории.

Деградация ландшафтов– крайняя степень нарушения структуры ландшафтов, что чаще всего связано с нерегулируемой хозяйственной деятельностью человека.

Истощение природных ресурсов– уменьшение запасов и ухудшение качества полезных ископаемых, вод и биоты, сокращение земельного фонда и снижение плодородия почв, снижение доли полез­ных продуктов, обеднение видового состава растений и животных.

Кадастры природных ресурсов– систематизированные своды или банки данных, включающие качественные и количественные описания ресурсов, а также и их эколого-экономическую оценку.

Ресурсный цикл – совокупность превращений и перемещений определенного природного вещества (или группы веществ) в процессе использования его человеком (включая его выявление, добычу, переработку, потребление и обратное возвращение в природу).

Экологическими принципами рационального природопользования являются основополагающие положения в организации взаимодействия общества и природы, направленные на реализацию неистощительного и незагрязняющего природопользования:

- учет законов природы (которые являются объективными, не носят волевого характера, не зависят от желаний людей, даже облеченных большой властью) и потенциальных возможностей окружающей среды (которые не безграничны, обладают верхним пределом, могут испытывать опасные перегрузки);

- сохранение принципа географической и экологической эквивалентности: признавая неизбежность возврата вещества и энергии в природную среду, нет необходимости и реальной возможности осуществлять тождественный возврат, однако для поддержания нормальной эволюции биосферы, в принципе, возможен и необходим не тождественный, а эквивалентный возврат вещества и энергии;

- поддержание такого состояния, когда возможно оптимальное воспроизводство, когда не допускаются необратимые последствия для окружающей среды, наступающие в виде исчезновения некоторых видов животных и растений, опустынивания, высыхания водоемов, техногенных катастроф.

Важными принципами рационального использования природных ресурсов являются:

1) изучение ресурсов. Грамотное и бережное использование ресурсов невозможно без наличия сведений об их объеме, качестве, без прогноза последствий их изъятия из природных объектов и возможности замены невозобновляемых неисчерпаемыми;

2) организация мониторинга состояния природных ресурсов;

3) совершенствование технологий добычи, транспортировки и переработки ресурсов, предусматривающее их максимальное использование. Проектирование, строительство новых, а также модернизация уже имеющихся производств с целью сокращения использования природных ресурсов. Использование альтернативных источников энергии;

4) повышение урожайности в сельском хозяйстве на освоенных территориях, строгое соблюдение норм и назначения при использовании минеральных удобрений и пестицидов;

5) постоянный поиск новейших природоохранных технологий с обязательным проведением экологической экспертизы;

6) сокращение образования отходов производства - сточных вод, выбросов в атмосферу и твердых отходов. Использование отходов в качестве сырья для получения энергии и продукции;

7) восстановление природных объектов после техногенного воздействия - рекультивация земель, защита от эрозии почв, воспроизводство лесов и организация борьбы с лесными пожарами т.п.;

8) сохранение биологического разнообразия планеты.

Организация заповедных зон, заказников, национальных парков. Сокращение отлова промысловых и морских беспозвоночных. Охрана и разведение редких видов растений и животных;

9) открытая демонстрация результатов природоохранной деятельности. Экологическое просвещение населения;

10) совершенствование природоохранного законодательства стран и создание эффективных механизмов его реализации.

Рациональное использование минеральных ресурсов— комплекс мероприятий, включающий создание и внедрение высокоэффективных способов геологоразведочных работ, ресурсосберегающих методов добычи и переработки минерального сырья, применение комплексного подхода к изучению недр, максимальную экологизацию проектирования, строительства и эксплуатации горнодобывающих и перерабатывающих предприятий, а также проектов различных видов строительных работ.

Мониторинг окружающей среды

Экологический мониторинг–система наблюдения, оценки и прогноза изменений состояния окружающей среды под влиянием антропогенного воздействия.

Классификацию мониторинга проводят по различным признакам: по масштабам загрязнений; по объектам наблюдений; по методам наблюдений.

По масштабам загрязнений: глобальный, региональный, импактный, базовый (фоновый). Глобальный мониторинг предусматривает слежение за общемировыми процессами и явлениями в биосфере и осуществление прогноза возможных изменений. Региональный мониторинг охватывает отдельные регионы, в пределах которых наблюдаются процессы и явления, отличающиеся по природному характеру или по антропогенным воздействиям от естественных биологических процессов. Импактный мониторинг обеспечивает наблюдения в особо опасных зонах и местах, непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ. Базовый мониторинг – это слежение за состоянием природных систем, на которые практически не накладываются антропогенные воздействия. Для осуществления базового мониторинга используют удаленные от промышленных регионов территории (биосферные заповедники).

По объектам наблюдения: мониторинг антропогенных изменений в атмосфере, гидросфере, почве, мониторинг источников загрязнения.

При мониторинге качественно и количественно характеризуется состояние воздуха, поверхностных вод, климатические изменения, свойства почвенного покрова, состояние растительного и животного мира. К каждому из перечисленных компонентов биосферы предъявляются особые требования и разрабатываются специфические методы анализа.

По методам наблюдения: авиационный, спутниковый (дистанционный), геофизический, мониторинг по физическим, химическим и биологическим показателям.

Задача системы экологического мониторинга - накапливать, систематизировать и анализировать информацию:

• о состоянии окружающей среды;

• о причинах наблюдаемых и вероятных изменений состояния (об источниках и факторах воздействия);

• о допустимости изменений и нагрузок на среду в целом;

• о существующих резервах биосферы.

Три основных направления деятельности мониторинга:

- наблюдения за факторами воздействия и состоянием среды;

- оценка фактического состояния среды;

- прогноз состояния окружающей природной среды и оценку прогнозируемого состояния.

Экологический мониторинг позволяет:

• обеспечить постоянную оценку условий среды обитания человека, выявить текущее состояние природных сред и биологических объектов, а также функциональную целостность экосистем;

• установить причины негативных изменений в состоянии того или иного природного объекта, а также источники их возникновения, до того как будет нанесен значимый ущерб;

• разработать программу оптимизационных мероприятий.

В настоящее время в России сложилась национальная система мониторинга окружающей природной среды, включающая три вида мониторинга:

• социально-гигиенический мониторинг – система наблюдений за изменениями биосферы под влиянием антропогенной деятельности с точки зрения возможных неблагоприятных воздействий на здоровье человека и условия его жизни;

• экологический мониторинг –система наблюдений, оценки и прогноза изменений в состоянии окружающей среды, созданную с целью выделения антропогенной составляющей этих изменений на фоне природ­ных.

• климатический мониторинг – система непрерывного сбора, анализа и оценки данных, определяющих состояние климата и его изменений в пространстве и во времени

Методы химического и физико-химического анализа позво­ляют определить качественный и количественный состав загрязняющих веществ в окружающей среде (в воздухе, почве, воде).

Биоиндикация— это обнаружение и определение антропогенных нагрузок по реакциям на них живых организмов и их сообществ

Водные ресурсы и их охрана

Рациональное использование и охрана водных ресурсов— экономное комплексное с наименьшими негативными последствиями для природы и населения использование вод, предусматривающее проведение комплекса научно-технических, экономических, правовых и других мероприятий

Наиболее ценные виды водных (неистощимым) ресурсов - воды рек, озер, водохранилищ, верхние горизонты подземных вод, кото­рые активно участвуют в процессе круговорота воды на Земле.

Причины дефицита чистой пресной воды - нерациональное использование и крайне не­равномерное распределение по поверхности суши, а именно, а) интенсивное увеличение по­требности в воде в результате быстрого роста населения планеты и развития промышленности, сельского хозяйства, урбанизации, требующих огромных затрат водных ресурсов; б) загрязнение во­доемов сточными водами промышленных, сельскохозяйственных и коммунальных предприятий; в) потери пресной воды вследствие сокращения водоносности рек, истощения подземных вод и дру­гих причин.

Крупные потребители воды рек, озер и водохранилищ в мире – сельское хозяйство (прежде всего ирригация), Второе место занимают промышленность и энергетика, третье – коммунальное хозяйство городов, четвертое – население.

Основные источники загрязнения водоемов: промышленные и коммунальные канализационные стоки, смыв с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты, дренажные воды систем орошения, стоки животноводческих ферм, ливневые стоки в городах.

Для рационального (т.е. экономного, комплексного, с наименьшими негативными последствиями для населения и природы) использованияи охраны водных ресурсов необходимы: организация геоэкологического мониторинга важ­нейших водоемов - источников водоснабжения, постоянный учет водопотребителей и водопользователей, пополнениеи уточнение Государственного водного кадастра, совершенствование правовых основ использования водных ресурсов.В условиях неравномерного естественного распределения водных ресурсов особое значение приобретает:

регулирование речного стока, т.е. его искусственное перераспределение во времени (реже в пространстве) с помощью сооружения водохранилищ;

наращивание объемов оборотного и многократного водоснабжения;

внедрение безводные и маловодные технологий, что уменьшит удельный расход воды на единицу продукции;

сокращение непроизводительного расходования воды в орошаемом земледелии;

повышение технического уровня эксплуатации систем водоснабжения:  реконструирование их, сокращение удельного расхода воды на коммунальные нужды в коммунальном хозяйстве;

совершенствование способов очистки промышленных, сельскохозяйственных и ком­мунальных сточных вод

Особо охраняемые природные территории (ООПТ)— участки суши или водных объектов, на которых в установленном законом порядке полностью исключено или ограничено хозяйственное использование ландшафта или его отдельных компонентов.

Государственные природные заповедники решают следующие задачи:

• сохранение биологического разнообразия и поддержание в естественном состоянии охраняемых природных объектов;

• организация и проведение научных исследований;

• экологический мониторинг;

• экологическое просвещение;

• участие в государственной экологической экспертизе проектов и в подготовке научных кадров в области охраны природной среды.

Первый заповедник на территории России появился в 1882 г. на Камчатке. После 1920 г. в СССР была создана раз­ветвленная сеть заповедников. К 2000 г. в России существовало 99 государственных природных заповедников

Государственные природные заказники –участки, в пределах которых запрещены отдельные виды и форма хозяйственной деятельности с целью охраны одного или нескольких видов живых существ, экологических компонентов или общего характера охраняемой местности.

Национальные парки – значительные по площади территории, включающие особо охраняемые природные (не подвергающиеся антропогенному воздействию) ландшафты, которые, помимо главной задачи сохранения природных комплексов, предназначены преимущественно для рекреационных целей.

Природные парки –рекреационные учреждения и, их территория также может использоваться в просветительских и рекреационных целях. Территории или акватории природных парков включают комплексы и объекты, имеющие значительную экологическую и эстетическую ценность. В природных парках устанавливается режим особой охраны и использования, запрещается деятельность, которая могла бы изменить исторически сложившийся ландшафт, изменить эстетическое или рекреационное качество парка. В природном парке могут быть выделены зоны с различными режимами – природоохранные, рекреационные, охраны историко-культурных комплексов, агрохозяйственные и иные.

Памятники природы– естественная или издревле измененная человеком природная территория, представляющая большую научную, культурную или социальную ценность, выделенная в качестве особо охраняемого участ­ка, либо отдельный природный уникальный объект (комплекс).

Дендрологические парки и ботанические садыпредставляют собой коллекции растений дикой флоры, высажен­ные на значительных территориях для сохранения разнообразия, обогащения растительного мира.

Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП) в 1949 г. начал сбор информации о редких, находящихся под угрозой исчезновения видах растений и живот­ных, а в 1966 г. издал «Красную книгу фактов». Красная книга– официальный документ, содержащий регулярно обновляемые данные о состоянии и распространении редких и находящихся под угрозой исчезновения видов (подвидов и популяций) редких животных, дикорастущих растений и грибов. В СССР Красная книга была учреждена в 1974 г.

Рациональное использование и охрана биологических ресурсов– проведение комплекса мероприятий и соблюдение ряда требований, глав­ное из которых гласит, что изъятие биологических ресурсов не должно превышать уровень их естественного возобновления.

Специализированные учреждения ООН в сфере охраны ОС:

ЮНЭП(United Nations Епvirоптепtа1 Рrоgrат) - Программа ООН по окружающей среде, осуществ­ляется с 1972 г. и является основным вспомогательным орга­ном ООН.

ЮНЕСКО(United Nations Еdисаtioпаl, Sсiепtifiс апd Сиltиrаl Оrgаniгаtоп) - Организация Объ­единенных Наций по вопросам образования, науки и культу­ры) существует с 1946 г.

ФАО(Fооd апд Аgriсиlturа1 Оrgаniгаtоп UN) - Продовольственная и сельскохозяйственная организа­ция ООН, образованная в 1945 г

ВОЗ(Всемирная организация здравоохранения), созданная в 1946 г., имеет главной целью заботу о здоровье людей, что непосредственно связано с охраной ОС.

ВМО(Всемирная метеорологическая организация) – учреждена как специализированное учреждение ООН в 1951 г., природоохранные функции которой прежде всего связаны с глобальным мониторингом ОС.

МОТ(Международная организация труда) – специализированное учреждение ООН. Создано в 1919 г. с целью создания безопасных условий труда и уменьшения загрязнения биосферы, возникающего часто из-за пренебрежительного отношения к производственной среде.

МАГАТЭ(Международное агентство по атомной энергии) учреждено в 1957 г. Осуществляет свою деятельность по договору с ООН, но не является ее специализированным учреждением.

Неправительственные международные организации:

Международный союз по охране природы – МСОП(Iпtеrпаtопа1 Uпiоп fоr thе Сопsеrvаtiоп оf Nаtиrе)- создан в 1948 г. в Фонтенбло (Франция). Работа МСОП способствует реализации Вашингтонской конвенции о между­народной торговле дикими видами фауны и флоры, инициатор ведения Красных книг.

Всемирный фонд охраны дикой природы(Wоrld Wide Fипd fоr Nаtиrе) - самая многочисленная част­ная международная экологическая организация, создана в 1961г. Деятельность фонда заключается в основном в оказании финансовой поддержки природоохранным мероприятиям;

Римский клуб (РК) -организация, которая внесла значительный вклад в изучение перспектив развития биосферы и пропаганду идеи необходимости гармонизации отношений Человека иПрироды, организует крупномасштабные исследования по широкому кругу вопросов, преимущественно в социально-экономической области.

ГРИНПИС(Сгеепреасе – «Зеленый мир») – независимая международная общественная организация, ставящая своей целью предотвращение деградации окружающей среды, создана в Канаде в 1971 г.

Конференции и соглашения

Международная конвенция по регулированию китобойного промысла (Вашингтон, 2 декабря 1946г.), дополнившая и развившая положения Соглашения по регулированию китобойного промысла (Лондон, 8 июня 1937 г.);

Первая Межправительственная конференция экспертов по научным основам рационального использования и сохранения естественных ресурсов биосферы(Париж, 4-13 сентября 1968 г.), подготовленная ЮНЕСКО в сотрудничестве с ООН, ФАО, ВОЗ, МСОП и др.;

Конференция ООН по окружающей среде (Стокгольм, 5-6 июня 1972 г,где обозначены пути решения организационных, экономических и политических задач взаимоотношений государств при сотрудничестве в области охраны ОС;

Конвенция об охране всемирного культурного и природного наследия (Париж, ноябрь 1972 г.);

Совещание по безопасности и сотрудничеству в Европе(Хельсинки, август 1975 г.), где был принят Заключительный акт, в котором отражены вопросы политической и экологической безопасности.

Конвенция о трансграничном загрязнении воздуха(Женева, 13 ноября 1979 г.);

Конвенция о трансграничном воздействии промышленных аварий (Хельсинки, 17 марта 1992 г.);

Международная конвенция о гражданской ответственности за ущерб от загрязнения нефтью(Брюссель, 
29 ноября 1969 г).

Конвенция о запрещении военного или любого иного враждебного использования средств воздействия на природную среду (Женева, 18 мая 1977 г.);

Всемирная хартия природы, принятая Генеральной Ассамблеей ООН (28 октября 1981 г.), определила приоритетные направления экологической деятельности международного сообщества и способствовала формированию экологической политики государств;

Венская встреча представителей(Вена, 22 апреля 1985 г.), принявшая итоговый документ, содержащий, в частности, рекомендации: сократить выбросы в атмосферу серы на 30% до 1995 г., а также углеводородов и других загрязняющих веществ; разработать способы захоронения опасных отходов, альтернативных способу захоронения в море; сократить производство озоноразрушающих веществ; провести исследования роли СО₂ в глобальных климатических изменениях;

Монреальская встреча (Монреаль, 16 сентября 1987 г.), принято Соглашение (Монреальский протокол) о постепенном прекращении серийного производства хлорфторуглеродов (ХФУ) и запрещении выброса их в атмосферу;

Конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 3-14 июня 1992 г.), В Рио были обсуждены и приняты следующие документы: Программа действий ООН «Повестка дня на XXI век» – программа того, как сделать развитие устойчивым с социальной, экономической и экологической точек зрения; Заявление «О принципах в отношении лесов», касающееся управления, защиты и устойчивого развития всех видов лесов, конвенция «Об изменении климата», цель которой – стабилизация концентрации в атмосфере газов, вызывающих парниковый эффект, на таких уровнях, которые не вызовут опасного дисбаланса климата планеты; Конвенция «О биологическом разнообразии», требующая, чтобы страны приняли меры для сохранения разнообразия живых существ и обеспечили справедливое распределение выгод от использования биологического разнообразия;

Конференция Сторон Рамочной Конвенции ООН по изменению климата (Киото, Япония, декабрь 1997 г.), на которой подписан Протокол к Конвенции или Киотский протокол, установивший для промышленно развитых государств-участников четкие лимиты (количественные обязательства) по сокращению выбросов СО₂ относительно базового 1990 г.

Международный конгресс по устойчивому развитию (Wdrld Summit оп Sиstаinablе Dеvе1орmеnt), 26.08-04.09.2002, Йоханнесбург, ЮАР.