- •Глобальные экологические проблемы
- •1. Основы общей экологии
- •1.1. Система. Общие свойства и параметры систем
- •1.1.1. Общие свойства систем
- •1.1.2. Классификация систем
- •1.1.3. Параметры систем
- •1.2. Системные законы экологии
- •1.2.1. “Всё связано со всем”
- •1.2.2. “Всё должно куда-то деваться”
- •1.2.3. “Ничто не дается даром”
- •1.2.4. “Природа знает лучше”
- •1.2.5. “На всех не хватит”
- •1.3. Основы системной динамики
- •1.3.1. Причинные связи и поведение систем
- •1.3.2. Сети взаимодействий и контуры обратных связей
- •1.3.3. Система «Человек — Экономика — Биота —Среда»
- •1.3.4. Моделирование динамики систем
- •1.3.4.1. Основные понятия
- •1.3.4.2. Порядок моделирования динамики экосистем
- •1.4. Экосистемы. Биосфера
- •1.4.1. Особенности экосистем
- •1.4.2. Уровни биологической организации
- •1.4.3. Теория биосферы
- •1.4.4. Теории происхождения жизни
- •1.4.5. Основные положения теории биосферы в.И. Вернадского
- •1.4.6. Основные свойства биосферы
- •1.4.7. Гипотеза о возникновении Геи-Земли
- •1.5. Популяции в экосистеме. Основы демографии
- •1.5.1. Параметры и закономерности динамики популяций
- •1.5.1.1. Статистические параметры
- •1.5.1.2. Кривые выживаемости
- •1.5.1.3. Кривые роста популяции
- •1.5.1.4. Экологические стратегии выживания
- •1.5.2. Территориальная структура популяций
- •1.5.3. Особенности динамики численности человечества
- •1.6. Движение вещества в биосфере
- •1.6.1. Виды веществ биосферы
- •1.6.2. Основные свойства живых систем
- •1.6.3. Функции живого вещества в биосфере
- •1.6.4. Круговорот вещества
- •1.6.5. Особенности круговоротов воды,
- •1.6.6. Пути возврата элементов в круговорот
- •1.7. Движение энергии в биосфере
- •1.7.1. Основные закономерности движения энергии
- •1.7.2. Физический смысл энтропии
- •1.7.3. Процессы преобразования энергии в живых организмах
- •1.7.4. Трофическая структура экосистем
- •1.7.4.1. Пастбищная цепь
- •1.7.4.2. Детритная цепь
- •1.7.4.3. Роль консументов в экосистемах
- •1.7.5. Правила 1 % и 10 %
- •1.7.6. Изменение качества и количества энергии
- •1.7.7. Особенности энергетических потребностей человека
- •1.8. Продукция и распад биоорганики
- •1.8.1. Концепция продуктивности
- •1.8.2. Экологические пирамиды
- •1.8.3. Разложение живого вещества
- •1.9. Среда обитания
- •1.9.1. Закономерности действия экологических факторов
- •1.9.2. Эврибионты и стенобионты
- •1.9.3. Адаптация к факторам среды
- •1.9.4. Классификация факторов среды по направленности действия
- •1.10. Связи в экосистемах. Экологическая ниша
- •1.10.1. Биотические связи в экосистеме
- •1.10.2. Видовая структура экосистемы
- •1.11. Динамика экосистем
- •1.12. Стабильность и устойчивость экосистем. Саморегуляция
- •2.1.1. Классификация воздействий
- •2.1.2. Загрязнения
- •Избирательная токсичность при загрязнении воздуха тяжелыми металлами
- •Влияние на организм человека основных химических загрязнителей
- •2.1.3. Принципы нормирования критериев качества
- •2.2. Антропогенные воздействия на атмосферу
- •2.2.1. Нормирование выбросов в атмосферу
- •2.2.2. Основные источники загрязнения атмосферы
- •2.2.2.1. Тэс и аэс. Котельные установки
- •2.2.2.2. Черная и цветная металлургия
- •2.2.2.3. Химическое производство
- •2.2.2.4. Выбросы автотранспорта
- •2.2.2.5. Трансграничные загрязнения
- •2.2.3. Глобальные экологические последствия
- •2.2.4. Общие сведения о расчетах выбросов
- •2.2.5. Распространение загрязнителей в атмосфере
- •2.3. Защита атмосферы от антропогенного загрязнения
- •2.4. Антропогенное воздействие на гидросферу
- •2.4.1. Главные загрязнители вод
- •2.4.2. Основные источники загрязнения
- •2.4.3. Критерии оценки качества вод
- •2.4.4. Классификация вод по интегральным показателям качества
- •2.4.5. Экологические последствия загрязнения гидросферы
- •2.5. Защита гидросферы от антропогенного воздействия
- •2.6. Способы защиты литосферы от антропогенного воздействия
- •2.6.1. Эрозия
- •2.6.2. Загрязнение почв
- •2.6.3. Вторичное засоление и заболачивание почв
- •2.6.4. Опустынивание
- •2.6.5. Отчуждение земель
- •2.6.6. Воздействие на горные породы и массивы
- •2.6.7. Воздействие на недра
- •2.6.8. Защита литосферы от антропогенного воздействия
- •2.6.9. Рекультивация нарушенных почв
- •2.7. Антропогенное воздействие на биотические сообщества и их защита
- •2.7.1. Защита биотических сообществ
- •2.8. Особые виды воздействия на биосферу
- •2.8.1. Загрязнение среды опасными отходами
- •2.8.1.1. Методы обеспечения радиационной
- •2.8.1.2. Утилизация и переработка производственных
- •2.8.1.3. Обезвреживание токсичных производственных отходов
- •2.8.2. Шумовое воздействие
- •2.8.3. Воздействие электромагнитных полей и излучений
- •2.8.4. Биологическое загрязнение
- •2.9. Влияние состояния окружающей среды на здоровье человека
- •2.10. Виды норм и нормативов качества окружающей среды
- •2.10.1. Санитарно-гигиенические нормативы
- •2.10.2. Экологические нормативы
- •2.10.3. Производственно-хозяйственные нормативы
- •2.10.4. Виды нормативов при оценке качества воздушной среды,
- •2.11. Гигиеническое нормирование содержания химических веществ в окружающей среде
- •2.11.1. Гигиеническое нормирование содержания химических
- •2.11.2. Гигиеническое нормирование содержания
- •2.11.3. Гигиеническое нормирование содержания
- •2.11.4. Гигиеническое нормирование содержания
- •2.12. Экологическое нормирование состояния территорий в Российской Федерации
- •2.12.1. Критерии выявления зон экологического неблагополучия
- •2.12.2. Зоны экологического неблагополучия в Российской Федерации
- •2.13. Энергетика и окружающая среда. Проблемы энергетики
- •2.13.1. Виды природных ресурсов
- •2.13.2. Тепловая энергетика
- •2.13.3. Гидроэнергетика
- •2.13.4. Ядерная энергетика
- •2.14. Некоторые пути решения экологических проблем современной энергетики
- •2.14.1. Альтернативные источники получения энергии
- •2.14.2. Энергия Солнца
- •2.14.3. Ветер как источник энергии
- •2.14.4. Использование нетрадиционных гидроресурсов
- •2.14.5. Энергетические ресурсы морских, океанических
- •2.14.6. Термоядерная энергия
- •3. Эколого-правовые и организационные вопросы
- •Охрана природы и окружающей человека среды. Рациональное природопользование
- •Ресурсосбережение. Некоторые пути снижения расхода природных ресурсов
- •3.2.1. Пути снижения расходов природных ресурсов
- •3.2.2. Новые методы добычи сырья и новые виды энергии
- •3.3. Основные направления инженерной защиты окружающей среды
- •3.3.1. Основные направления малоотходных и безотходных технологий
- •3.3.2. Биотехнология в охране окружающей среды
- •3.3.3. Критерии экологичности технологических процессов
- •3.4. Экологическая безопасность и экологический риск
- •Экологический риск и его оценка
- •3.5. Экологический мониторинг
- •3.6. Законодательство в области природопользования и охраны природы
- •3.7. Организационно-правовые формы экологического контроля
- •3.7.1. Система экологического контроля
- •3.7.2. Государственный экологический контроль
- •3.7.2.1 Система государственного управления
- •3.7.2.2. Государственные органы охраны окружающей среды
- •3.7.3. Прокурорский надзор
- •3.7.4. Конституционный и арбитражный суды
- •3.7.5. Органы Министерства внутренних дел рф
- •3.7.6. Вневедомственный и производственный контроль
- •3.7.7. Общественный экологический контроль
- •3.8. Эколого-правовая ответственность
- •3.8.2. Дисциплинарная ответственность
- •3.8.3. Административная ответственность
- •3.8.4. Уголовная ответственность
- •3.8.5. Материальная эколого-правовая ответственность
- •3.9. Государственная статистическая отчетность по охране окружающей среды
- •3.9.1. Формы государственной статистической отчетности
- •Раздел I. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, их очистка и утилизация.
- •Раздел III. Источники выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
- •Раздел IV. Выполнение мероприятий по уменьшению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.
- •3.9.2. Ответственность за представление
- •3.10. Экологическая стандартизация и паспортизация
- •3.10.1. Система стандартов в области охраны природы
- •3.10.2. Экологическая паспортизация
- •3.11. Экологическая экспертиза
- •3.12. Экологический аудит
- •3.13. Экономические механизмы рационального природопользования
- •3.13.1. Эколого-экономический учет природных ресурсов
- •3.13.2. Лицензия, договор, лимиты на природопользование
- •3.14. Плата за загрязнение окружающей среды (негативное воздействие)
- •3.15. Экологические менеджмент, управление и сертификация
- •3.16. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды. Устойчивое развитие
- •3.16.1. Международные обязательства рф в области
- •3.16.2. Понятие о концепции устойчивого развития
- •3.16.3. Показатели устойчивого развития страны
- •Заключение
1.10.2. Видовая структура экосистемы
Со структурой экологических ниш данной экосистемы тесно связана ее видовая структура, под которой понимается количество видов, образующих экосистему и соотношение их численностей.
Виды, преобладающие по численности особей, имеющие наибольшую значимость для экосистемы, называются доминирующими видами, или доминантами (от латинского слова доминантис - господствующий). Наряду с доминантами в экосистемах выделяют виды-эдификаторы (от латинского слова эдификатор - строитель), которые являются основными строителями среды.
Обычно доминирующий вид является одновременно и эдификатором. В лесах северных широт это обычно ель (еловый лес), сосна (сосновый лес), береза (березовый лес) и т.п. Наряду с многочисленностью деревьев этих видов в соответствующих лесах, они еще определенным образом организуют среду для существования других организмов. Так в еловых лесах почва сильно затемнена и обладает повышенной кислотностью, это во многом определяет видовую структуру елового леса. В то же время под пологом леса может доминировать черника или кислица, которые не являются эдификаторами, но хорошо характеризуют особенности условий в данной экосистеме, в частности степень увлажнения, плодородие почвы. Поэтому данные виды называют индикаторами.
По растениям-эдификаторам и растениям-индикаторам называют биогеоценозы, например, ельник-кисличник (кислица указывает на оптимальное увлажнение и богатые почвы), ельник-черничник (менее богатые почвы и несколько избыточное увлажнение), ельник-сфагновый (избыточное увлажнение, недостаток минеральных веществ и кислорода в почве).
Вопросы для самопроверки
1. Какие виды межвидовых связей между организмами существуют в экосистемах?
2. Какие виды взаимоотношений между живыми организмами вы можете выделить ?
3. Что такое симбиоз (протокооперация), мутуализм, аменсализм, нейтрализм, комменсализм, хищничество (паразитизм)? Приведите примеры. В чем их основное отличие ?
4. Дайте определение экологической ниши.
5. Может ли вид менять экологическую нишу и если да, то при каких условиях ?
6. Что такое конкуренция и когда возможно существование конкурентных отношений между организмами в экосистемах?
7. Видовая структура экосистем. Дайте определение и приведите пример каждого элемента видовой структуры.
8. Сформулируйте правило конкурентного исключения Гаузе и его следствие.
1.11. Динамика экосистем
Основной закон экологии: развиваются не только организмы и виды, но и экосистемы. Любая экосистема постоянно находится в состоянии динамики (изменений), вызванной как изменением факторов среды, то есть внешними возмущениями, так и внутренними процессами. При этом уместно различать циклическую динамику и поступательную. К разряду циклической динамики можно отнести суточную динамику, связанную с изменением активности растений и животных в течение суток (изменения в фотосинтезе, смена периодов активности и сна и т.п.); сезонную динамику, связанную со сменой периодов вегетации и покоя, времен года, периодов дождей и засухи, и т.п.; многолетнюю цикличность, вызываемую периодичностью солнечной активности (период порядка 10-11 лет), или же какими-то другими колебаниями с многолетним периодом, например, цикл Эль-Ниньо, который приводит к усилению ураганов.
Последовательный ряд изменений видовой и трофической структур экосистемы, всей ее организации, называется поступательной динамикой, или сукцессией (от латинского слова сукцессио - преемственность, наследование). В зависимости от причин сукцессии различают экзодинамические (от греческого слова эксо - снаружи) сукцессии, вызванные внешними по отношению к данной экосистеме факторами, и эндодинамические (от греческого слова эндо - внутри) сукцессии, вызванные внутренними механизмами экосистемы.
Экзодинамические сукцессии могут быть вызваны изменениями климата, понижением уровня грунтовых вод, подъемом уровня мирового океана и т.п. Такие смены могут длиться столетиями и тысячелетиями. Они связаны в основном с действием механизмов адаптации экосистемы к факторам среды.
Эндодинамические сукцессии заключается в том, что типы сообществ в данном пространстве последовательно сменяют друг друга, постепенно усложняясь и увеличивая видовое разнообразие, формируя так называемый сукцессионный ряд, состоящий из последовательных стадий замены одного сообщества другим (например, зарастание территории в лесу, выгоревшей при пожаре: однолетние травы многолетние травы кустарники лиственные деревья хвойный лес) .
В зависимости от исходных условий принято различать первичные сукцессии, которые начинаются на абсолютно безжизненных субстратах, например, на дюнах, и вторичные сукцессии, начинающиеся с более благоприятных стартовых условий, например, после пожара, вырубки леса или на заброшенном поле. Вторичные сукцессии могут начинаться с более поздних пионерных видов, например, с трав или кустарников. Так например, сукцессии на заброшенных полях начинаются с однолетних трав, бывших ранее сорняками. Затем они сменяются многолетними травами, кустарниками и деревьями. В последнее время для биосферы характерны именно вторичные сукцессии, что связано главным образом с деятельностью человека.
Вмешательство человека в развитие экосистем ведет может приводить к дигрессии, резкому ухудшению состояния экосистемы, когда зрелая стадия экосистемы (устойчивое равновесное состояние) достигается на более ранних стадиях сукцессии, вследствие чего экосистемы значительно упрощаются, обедняются. Катаценоз - заключительная стадия дигрессии, вымирание биотической общности, деградация биотической среды. Типичными примерами является пастбищная (перевыпас) и сенокосная дигрессии, когда вместо леса на данном пространстве формируется обширная луговая экосистема, а также дигрессии при длительном затоплении, вторичном засолении почв.
Различают также автотрофные и гетеротрофные сукцессии. Автотрофные сукцессии протекают в экосистемах, где центральным звеном является растительность (фитоценоз). Автотрофные сукцессии могут длиться теоретически вечно, так как они имеют постоянный источник - энергию Солнца. В гетеротрофных сукцессиях участвуют только животные (гетеротрофы, консументы). В этот процесс могут быть также вовлечены и мертвые растения, например, поваленные деревья, пни и т.п., которые являются, как правило, источником энергии для гетеротрофной сукцессии. Примером такой сукцессии может служить разрушение поваленного дерева. Гетеротрофная сукцессия предполагает обязательное наличие определенного запаса энергии, аккумулированной в органическом веществе. Она заканчивается вместе с исчерпанием ресурса энергии, то есть после полного разложения исходного субстрата. После этого экосистема перестает существовать.
В любом процессе поступательной динамики можно выделить ряд особенностей, указанных в табл. 1.2.
Сукцессия происходит в результате изменения физической среды под действием сообщества, т.е. контролируется им. Замещение видов в экосистемах вызывается тем, что популяции, стремясь модифицировать окружающую среду, создают условия, благоприятные для других популяций. Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между биотическими и абиотическими компонентами.
Развитие экосистем во многом аналогично развитию отдельного организма и в то же время сходно с развитием биосферы в целом. Сукцессия в энергетическом смысле связана с увеличением количества энергии, направленной на поддержание системы, и состоит из стадий роста, стабилизации и зрелости (климакса).
Стадии можно различать на основе критерия продуктивности: на стадии роста продукция растет до максимума (ЧПС max), на стадии стабилизации постоянна, в зрелой стадии – уменьшается до нуля по мере деградации системы (ЧПС 0). Развитие систем идет в направлении повышения их устойчивости, достигаемой за счет увеличения разнообразия.
Таблица 1.2
Особенности сукцессии
Показатель |
Стадия роста |
Стадия стабилизации |
Стадия зрелости |
Количество энергии на поддержание системы |
Увеличивается |
Увеличивается |
Увеличивается |
Чистая продукция сообщества |
Растет до максимума |
Постоянна |
Уменьшается до нуля |
Видовое разнообразие |
Небольшое, виды с высокой рождаемостью, эврибионты |
Промежуточный видовой состав |
Большое, виды с низкой рождаемостью, стенобионты |
Размеры организмов |
Небольшие |
|
Крупные |
Замкнутость круговоротов, время оборота веществ |
Замкнутость круговорота низкая, время оборота веществ небольшое |
Круговороты замыкаются, время оборота растет |
Количество вещества на входе в систему равно количеству на выходе |
Скорость обмена веществами между организмом и средой |
Высокая |
Средняя |
Низкая |
Динамика системы |
Высокая |
Средняя |
Низкая |
Стабильность |
Низкая |
Средняя |
Высокая |
Энтропия |
Высокая |
Средняя |
Низкая |
Информация |
Небольшая |
Средняя |
Большая |
На стадии зрелости увеличивается регуляция по типу обратной связи, которая направлена на поддержание стабильности системы. Таким образом, стратегия экосистем в развитии – “наибольшая защита”, стратегия человека – “максимум продукции”. Общество стремится получить с осваиваемой территории максимальный урожай и для осуществления своей цели создает искусственные экосистемы - агроценозы, поддерживаемые на ранних стадиях сукцессии.
Сами же экосистемы стремятся развиваться в направлении достижения максимальной стабильности. Именно поэтому для поддержания максимального энергетического выхода, быстрого роста и высокой стабильности природным системам необходима низкая эффективность.
Вопросы для самопроверки
1. Какие виды динамики экосистем можно выделить ? В чем их отличие ?
2. Какие виды динамики экосистем можно отнести к разряду циклических ?
3. Как меняется видовое разнообразие экосистем в процессе циклической динамики ?
4. Дайте определение сукцессии (поступательной динамики).
5. Какие виды сукцессий можно выделить ?
6. Что такое климаксная стадия экосистемы ?
7. В чем отличие первичной и вторичной сукцессии ?
8. Какое влияние на сукцессии оказывает человеческая деятельность?
9. Дайте определение дигрессии и катаценозу. Каковы их причины ?
10. Как изменяется в процессе сукцессии движение биогенных элементов и энергии, видовое разнообразие в экосистеме ?
11. Опишите автотрофную и гетеротрофную сукцессии и приведите пример для каждой из них. В чем их основное отличие ?
Вопросы для самостоятельного изучения
1. Каковы сравнительные характеристики растущей и зрелой экосистемы ?
2. Почему в процессе поступательной динамики (сукцессии) экосистем продуктивность экосистемы возрастает ?
3. Почему в агроэкосистеме (с/х поле) экологическое равновесие не достигается само собой, а поддерживается человеком, а на естественные экосистемы это не распространяется ?