3.
Экологический фактор — условие среды обитания, оказывающее воздействие на организм. Среда включает в себя все тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях.
экологических факторов — температура, влажность, ветер, конкуренты и т. д. — отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания. Например, температура сильно варьируется на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.
Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных растений, а в жизни гетеротрофных организмов (грибов и водных животных) свет не оказывает заметного влияния на их жизнедеятельность.
Экологические факторы действуют на организмы по-разному. Они могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфологические и анатомические изменения организмов.
Экологическая ниша — это совокупность факторов среды, в пределах которых обитает тот или иной вид организмов, его место в природе, в пределах которого данный вид может существовать неограниченно долго.
Пример:
1. Скворцы, завезённые в Северную Америку из Европы, за счёт своего агрессивного территориального поведения вытеснили местных «синих» птиц.
2. Одичавшие ослы потравили пустынные экосистемы, вытеснив оттуда снежного барана.
3. В 1859 году в Австралию из Англии завезли кроликов для спортивной охоты. Природные условия оказались для них благоприятными, а местные хищники - не опасными. В результате кролики расплодились на столько, что уничтожили обширные территории пастбищ. Лисы, привезённые для уничтожения кроликов нашли более лёгкую добычу (местных сумчатых). Лишь позже удалось определить паразита и решить проблему.
4. Земледельцы ищут методы борьбы с сорняком ранее не встречавшимся в нильской долине. Невысокое растение с крупными листьями и мощным корнем уже несколько лет ведёт наступление на обрабатываемые земли Египта. Местные агрономы считают его чрезвычайно активным вредителем. Оказывается, что это растение известно в Европе под названием «хрен деревенский». Вероятно его завезли русские специалисты, строившие металлургический комбинат.
Группировка факторов
Экологические факторы часто разделяют на три группы: физико-химические (абиотические); биотические и антропогенные. Последние, впрочем, тоже относятся к биотическим факторам и выделяются в силу традиции: искусственно отделять человека от природы, в которой он обитает. Простейшая классификация факторов может быть такой:
I. Физико-химические (абиотические) факторы.
1. Климатические, или атмосферные:
а) свет и лучистая энергия;
б) температура;
в) влажность воздуха, осадки;
г) снежный покров;
д) атмосферное давление, газовый состав и движение воздуха:
е) атмосферное электричество.
2. Почвенно-грунтовые или эдафические
3. Орографические, или геоморфологические.
4. Гидрологические.
II. Биотические факторы.
1. Микроорганизмы.
2. Грибы.
3. Растения и растительные группировки.
4. Животные (того же и других видов).
III. Антропогенные факторы.
1. Прямое влияние на организмы и их группировки.
2. Косвенное влияние посредством изменения среды обитания.
Закон толерантности
Закон экологического оптимума В. Шелфорда
лимитирующий фактор процветания организма может быть как минимумом, так и максимумом экологического фактора, диапазон между которыми определя6ет пределы толерантности организма к данному фактору. Организм может иметь широкие границы устойчивости в отношении одного фактора и узкие в отношении другого.
Организм с широкими границами по большинству экологических факторов обычно широко распространен (например, воробей). Если условия по одному фактору не оптимальны, то может снизиться предел устойчивости к другому экологическому фактору (например, при низком содержании азота в почве снижается засухоустойчивость злаков).
Закон минимума
Закон Либиха
успешную жизнедеятельность организма ограничивает экологический фактор, количество и качество которого близки к минимуму, необходимому организму. Выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей.
7
Популяция – группировка особей одного вида, способная к самовоспроизведению на определенной территории. Популяции способны к изменчивости и самовозобновлению. Но, хотя популяции и способны к самостоятельному существованию, они не могут жить изолированно. Они взаимодействуют с популяциями других видов, образуя вместе с ними целостные системы еще более высокого уровня организации – биотические сообщества (биоценозы), экосистемы.
Сообщество (биоценоз) (греч. bios — жизнь, koinos — общий) — исторически сложившаяся устойчивая совокупность популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, приспособленных к совместному обитанию на однородном участке территории или акватории. Термин «биоценоз» предложил немецкий зоолог К.Мебиус в 1877г.
Приспособленность членов сообщества к совместной жизни выражается в определенном сходстве их требований к важнейшим условиям среды (освещенность, характер увлажнения почвы и воздуха, тепловой режим и т. д.) и в закономерных отношениях друг с другом. Связь между организмами необходима для осуществления их питания, размножения, расселения, защиты и т. д.
Масштабы биоценотических группировок организмов (биоценозов) различны — от сообществ на стволе дерева, в норе или на болотной кочке (их называют микросообществами) до населения участка дубравы, соснового или елового леса, луга, озера, болота или пруда. Принципиальной разницы между сообществами разных масштабов нет, поскольку мелкие сообщества являются составной частью более крупных, для которых характерно возрастание сложности и доли косвенных связей между видами.
Составными частями биоценоза являются фитоценоз (устойчивое сообщество растений), зооценоз (совокупность взаимосвязанных видов животных), микоценоз (сообщество грибов) и микробиоценоз (сообщество микроорганизмов).
Экосистема и биогеоценоз. Сообщества организмов тесно связаны не только друг с другом, но и с неорганической средой. Растения могут существовать только при наличии света, углекислого газа, воды, минеральных солей. Животные и другие гетеротрофные организмы (грибы, большинство бактерий) живут за счет автотрофов, но нуждаются в поступлении таких неорганических соединений, как кислород и вода. В любом биотопе запасы неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов, сравнительно малы и постоянно убывают, поэтому необходимо их возобновление. Из окружающей среды живые организмы поглощают биогенные элементы и энергию и возвращают их обратно (например, при дыхании, выделении экскрементов, разложении растительных и животных остатков). Благодаря этим обменным процессам биоценоз и окружающая его неорганическая среда (экотоп) представляют собой сложную систему, получившую название экосистема или биогеоценоз (см. рис.
1). Рис. 1 Схема биогеоценозов
Таким образом, биогеоценоз — это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых организмов (биоценоз) и определенными условиями среды обитания (биотоп), которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс. Во многих странах мира такие природные комплексы называют экологическими системами (экосистемами).
Биогеоценоз и экосистема — понятия сходные, но не тождественные. Понятие «экосистема» не имеет ранга и размерности, поэтому оно применимо как к простым (муравейник, гниющий пень) и искусственным (аквариум, водохранилище, парк), так и к сложным естественным комплексам организмов с их средой обитания. Биогеоценоз, согласно российскому ученому В. Н, Сукачеву, отличается от экосистемы определенностью объема. Если экосистема может охватывать пространство любой протяженности — от капли прудовой воды с содержащимися в ней микроорганизмами до биосферы в целом, то биогеоценоз — это экосистема, границы которой обусловлены характером растительного покрова, т. е. определенным фитоценозом. Следовательно, любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема есть биогеоценоз.
Популяцией называют группу особей одного вида, обладающих способностью свободно скрещиваться и неограниченно долго поддерживать свое существование в определенном местообитании. Популяция - это некоторое единство, которое определяется общностью занимаемой особями территории (или акватории), а также общностью их происхождения, сходством строения и поведения. Например: все особи, обитающие в небольшом озере, или все деревья одного вида в лесу.
Особь — самостоятельно существующий организм[1], синоним понятия индивид.
10
Биомасса и продуктивность экологической системы. Правило экологической пирамиды.
Экосистема - биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.
Биомасса - совокупная масса растительных и животных организмов, присутствующих в биогеоценозе определённого размера или уровня. Суммарная масса всех тел живых организмов экосистемы или отдельных ее трофических уровней. Биомассой называют количество живого вещества на единицу площади в момент наблюдения.
Продуктивность — скорость создания органического вещества (биомассы) в экосистемах, т.е. количество биомассы, производимое популяцией или сообществом за единицу времени. Является важным функциональным показателем сообщества, а также его отдельных элементов (трофических уровней и т.п.) и отражает способность к созданию (продуцированию) новой биомассы. Понятие биологическая продуктивность сходно по смыслу с понятием плодородие, которое используется по отношению к сельскохозяйственным или иным экосистемам. Биологическая продуктивность биогеоценоза определяется способностью к саморегуляции, к подержанию своего состава на определенном стабильном уровне. Продуктивность БИОГЕОЦЕНОЗОВ определяется количеством органических массы, производимой его живой частью в единицу времени (обычно за год) на единице площади. Самые высокопродуктивные экосистемы в биосфере имеют продуктивность 23 кг/м2/год. (Биологический вакуум – открытый океан, пустыни.Биологическая продуктивность экосистем. Продуктивность экосистемы — это накопление экосистемой органического вещества в процессе ее жизнедеятельности.
Биологическое разнообразие — вариабельность живых организмов из всех источников, включая, среди прочего, наземные, морские и иные водные экосистемы и экологические комплексы, частью которых они являются; это понятие включает в себя разнообразие в рамках вида, между видами и разнообразие экосистем.
Энергетика экосистем - обеспеченность экосистем энергией и ее использование. Включает следующие процессы: получение энергии из двух основных источников - солнечной радиации (фотосинтез) и энергии реакции окисления неорганических веществ (хемосинтез); транспорт энергии по трофическим уровням и каналам; использование энергии организмами для продуцирования биомассы и жизнедеятельности (с экологической энтропией).
Биогеоценоз — это исторически сложившееся сообщество организмов разных видов (биоценоз), тесно связанных между собой и с окружающей их неживой природой (биотоп) обменом веществ и энергии. Биогеоценоз пространственно ограничен (например, в озере) и относительно однороден как по видовому составу живых существ, так и по комплексу абиотических факторов. Постоянное поступление солнечной энергии определяет его существование в качестве целостной системы. Ведущая активная роль в процессах взаимодействия компонентов экосистемы принадлежит живым существам, т. е. биоценозу. Функционально они здесь подразделяются на три группы — продуцентов, консументов и редуцентов, находящихся в тесном взаимодействии друг с другом и с неживой природой (биотопом) и объединенных пищевыми связями. Продуценты составляют группу автотрофных организмов, которые, потребляя минеральные вещества из биотопа и энергию солнечного света, создают первичные органические вещества. К этой группе относятся растения и некоторые бактерии. Консументы — гетеротрофные организмы, использующие готовые органические вещества (в виде пищи) как источник энергии и веществ, необходимых для их жизнедеятельности. К ним принадлежат почти все животные, некоторые (паразитические) грибы и бактерии, а также растения-хищники и растения-паразиты. Редуценты — это организмы, разлагающие остатки отмирающих организмов, расщепляющие органические вещества до неорганических и возвращающие тем самым в биотоп минеральные вещества, которые были «изъяты» продуцентами.
Экосистемы также различаются по относительной скорости создания и расходования как первичной, так и вторичной продукции на каждом трофическом уровне. Однако всем без исключения экосистемам свойственны определенные количественные соотношения первичной и вторичной продукции, получившие название правила пирамиды продукции: на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени, больше, чем на последующем. Графически это правило обычно иллюстрируют в виде пирамид, суживающихся кверху и образованных поставленными друг на друга прямоугольниками равной высоты, длина которых соответствует масштабам продукции на соответствующих трофических уровнях.
Отношение первичной продукции к биомассе растений определяет те масштабы потребления растительной массы, которые возможны в сообществе без изменения его продуктивности.
Для океана правило пирамиды биомасс не действует (пирамида имеет перевернутый вид).
Все три правила пирамид — продукции, биомассы и чисел — отражают, в конечном счете, энергетические отношения в экосистемах, и если два последних проявляются в сообществах с определенной трофической структурой, то первое (пирамида продукции) имеет универсальный характер. Пирамида чисел отражает численность отдельных организмов или, например, численность населения по возрастным группам.
Знание законов продуктивности экосистем и возможность количественного учета потока энергии имеют важное практическое значение. Первичная продукция агроценозов и эксплуатации человеком природных сообществ — основной источник запасов пищи для человечества.
Точные расчеты потока энергии и масштабов продуктивности экосистем позволяют регулировать в них круговорот веществ таким образом, чтобы добиваться наибольшего выхода выгодной для человека продукции. Кроме того, необходимо хорошо представлять допустимые пределы изъятия растительной и животной биомассы из природных систем, чтобы не подорвать их продуктивность. Подобные расчеты обычно очень сложны из-за методических трудностей.
11
Гомеостаз и сукцессия экологической системы.
Естественные экосистемы существуют в течение длительного времени – десятков и даже сотен лет, то есть обладают стабильностью во времени и пространстве. Для поддержания стабильности экосистемы необходима сбалансированность потоков вещества и энергии, процессов обмена веществ между организмами и окружающей их средой. Но ни одна экосистема не бывает абсолютно стабильной: например, регулярно увеличивается численность популяций одних видов животных и растений, но уменьшается численность других. Подобные процессы имеют определенную периодичность, но в целом не выводят систему из равновесия. Состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы носит название гомеостаза ("гомео” – тот же, "стазис” – состояние). Экосистема может устойчиво функционировать только в пределах той области нарушения обратных связей, когда ее элементы еще могут компенсировать отклонения, определяемые положительной обратной связью
Различают первичную сукцессию – процесс развития и смены экосистем на незаселенных ранее участках. Классический пример – постепенное обрастание голой скалы с развитием в конечном итоге на ней леса. Или постепенная смена озерной экосистемы лесом. Вторичная сукцессия – восстановление экосистемы когда-то существовавшей на данной территории. Сукцессия обычно завершается стадией, когда все виды экосистемы, размножаясь, сохраняют относительно постоянную численность и дальнейшей смены ее состава не происходит. Такое равновесное состояние называют климаксом, а экосистему – климаксовой. Общие закономерности сукцессионного процесса. Для любой сукцессии, особенно первичной, характерны следующие общие закономерности протекания процесса. 1. На начальных стадиях видовое разнообразие незначительно, продуктивность и биомасса малы, но по мере развития сукцессии эти показатели возрастают. 2. С развитием сукцессионного ряда увеличиваются взаимосвязи между организмами. Особенно возрастает количество и роль симбиотических отношений. Полнее осваивается среда обитания, усложняются цепи и сети питания. 3. Уменьшается количество свободных экологических ниш, и в климаксном сообществе (от греч. «климакс» – лестница) они либо отсутствуют, либо находятся в минимуме. В связи с этим по мере развития сукцессий уменьшается вероятность вспышек численности отдельных видов. 4. Интенсифицируются процессы круговорота веществ, поток энергии и дыхание экосистем. 5. Скорость сукцессионного процесса в большей мере зависит от продолжительности жизни организмов, играющих основную роль в сложении и функционировании экосистем. В этом отношении наиболее продолжительны сукцессии в лесных экосистемах. Короче они в экосистемах, где автотрофное звено представлено травянистыми растениями, и еще быстрее протекают в водных экосистемах. 6. Неизменяемость завершающих (климаксных) стадий сукцессий относительна. Динамические процессы при этом не приостанавливаются, а лишь замедляются. Продолжаются динамические процессы, обусловливаемые изменениями среды обитания, сменой поколений организмов и другими явлениями. Относительно большой удельный вес занимают динамические процессы циклического (флуктуационного) плана. 7. В зрелой стадии климаксного сообщества биомасса обычно достигает максимальных, или близких к максимальным значений, при этом продуктивность отдельных сообществ на стадии климакса неоднозначна. В каждой экосистеме два основных компоненте: биота (организмы) и абиота (неживые – химические и физические – факторы окружающей среды). Несмотря на громадное разнообразие экосистем, всем им, по мнению экологов, свойственна примерно одинаковая биотическая структура, то есть все они включают одни и те же основные категории организмов, взаимодействующие друг с другом стереотипным образом. Это следующие категории: продуценты, консументы, детритофаги и редуценты. Поскольку растения строят свой организм без посредников, их называют самопитающимися или автотрофами. Так как, будучи автотрофами, они создают первичное органическое вещество, продуцируют его из неорганического, они носят название продуцентов. То есть продуценты – это, в основном, зеленые растения осуществляющие фотосинтез, то есть процесс превращения воды и СО2 в сахара с выделение в качестве побочного продукта О2, для чего необходима световая энергия. Молекула, с помощью которой они улавливают световую энергию – зеленый пигмент хлорофилл. Процесс протекает следующим образом. Фотон солнечного света взаимодействует с молекулой хлорофилла, содержащегося в хлоропласте зеленого листа, в результате чего высвобождается электрон одного из ее атомов. Этот электрон, перемещаясь внутри хлоропласта, реагирует с молекулой аденозиндифосфат (АДФ) которая, получив достаточную дополнительную энергию, превращается в молекулу аденозинтрифосфат (АТФ) – вещества, являющегося энергоносителем. Возбужденная молекула АТФ в живой клетке, содержащей воду и диоксид углерода, способствует образованию молекул сахара и кислорода, а сама при этом утрачивает часть энергии и превращается вновь в молекулу АДФ. растворяются в воде и рекристаллизуются из нее. Однако сами молекулы при этом не меняются. Химическая структура живого основана на сложных молекулах – белках, углеводах, жирах, липидах и нуклеиновых кислотах (ДНК, РНК). Эти и другие молекулы образованы, в основном, атомами углерода, соединенными в цепочки. Сложность таких молекул огромная, а их потенциальное разнообразие бесконечно. Молекулы, в основе которых лежат углеродные цепочки, называются органическими; они и формируют ткани живых организмов. Все остальные – неорганические. Полимеры тоже имеют углерод – углеродные цепочки, относятся к органическим веществам, но не имеют ничего общего с живыми организмами. Поэтому делят – природные органические соединения и синтетические органические соединения. Разложение и горение - это процессы, обратные росту, ведущие к разрушению сложных органических молекул и построению из их атомов простых неорганических. Мы говорим при этом лишь о перегруппировке атомов, а не об их изменении. Это закон сохранения массы - один из основных законов природы: атомы в химических реакциях никогда не исчезают, не образуются и не превращаются друг в друга; они только перегруппировываются с образованием различных молекул и соединений! Мы подошли к первому принципу функционирования экосистемы: в естественных экосистемах использование ресурсов и избавление от отходов осуществляется в рамках круговорота всех элементов. Однако химические реакции - это не просто перегруппировка атомов, это энергетический процесс (происходит поглощение или выделение энергии). Поэтому сначала надо выяснить разницу между веществом и энергией. Вещество занимает пространство и имеет массу. Бывают твердые, жидкие и газообразные вещества. Наиболее обычные формы энергии - это свет и другие виды излучения, тепло, движение и электричество. Они не занимают пространства и не обладают массой. Энергия - это способность совершать работу. Кинетическая обусловлена непосредственным действием или движением: световая, тепловая, электрическая, механическая энергия - различные ее формы. Потенциальная энергия как бы запасается системой. Эта энергия показывает возможность, т.е. потенциал, реализовать ее в форме кинетической энергии. Путей перехода из одной формы в другую множество. Единица измерения энергии - калория, т.е. количество тепла, необходимое для нагревания 1 мл воды на 1оС.
19
Загрязнение воздуха. Выбросы промышленных отходов ухудшают состояние атмосферы. Негативно для воздуха сгорание автомобильного топлива, а также сжигание угля, нефти, газа, древесины. Вредные частицы загрязняют озоновый слой и разрушают его. Попадая в атмосферу, они вызывают кислотные дожди, которые в свою очередь загрязняют землю и водоемы. Все эти факторы являются причиной онкологических и сердечно-сосудистых заболеваний населения, а также вымирания животных. Еще загрязнение воздуха способствует изменению климата, глобальному потеплению и увеличению ультрафиолетового солнечного излучения;
Вырубка лесов. В стране процесс вырубки лесных массивов практически бесконтрольный, в ходе чего вырубаются сотни гектаров зеленой зоны. Наиболее изменилась экология на северо-западе страны, а также становится актуальной проблема обезлесенья Сибири. Многие лесные экосистемы изменяются для создания сельскохозяйственных угодий. Это приводит к вытеснению многих видов флоры и фауны из мест их обитания. Нарушается круговорот воды, климат становится более сухим и образуется парниковый эффект;
Загрязнение вод и почвы. Промышленные и бытовые отходы загрязняют поверхностные и подземные воды, а также почву. Ситуацию ухудшает то, что в стране слишком малое количество водоочистительных сооружений, а большинство эксплуатируемого оборудования устарело. Также сельскохозяйственная техника и удобрения истощают грунты. Существует еще одна проблема – это загрязнения морей разлившимися нефтепродуктами. Ежегодно реки и озера загрязняют отходы химической промышленности. Все эти проблемы ведут к дефициту питьевой воды, поскольку многие источники непригодны даже для применения воды в технических целях. Также это способствует разрушению экосистем, вымирают некоторые виды животных, рыб и птиц;
Бытовые отходы. В среднем на каждого жителя России приходится 400 кг твердых бытовых отходов в год. Единственный выход – это переработка отходов (бумага, стекло). Предприятий, которые занимаются утилизацией или переработкой отходов действует в стране очень мало;
Радиоактивное загрязнение. На многих атомных станциях оборудование устарело и ситуация приближается к катастрофической, ведь в любой момент может случиться авария. Кроме того, недостаточно утилизируются радиоактивные отходы. Радиоактивное излучение опасных веществ вызывает мутацию и гибель клеток в организме человека, животного, растения. Загрязненные элементы попадают в организм вместе с водой, едой и воздухом, откладываются, и последствия облучения могут проявиться спустя время;
Уничтожение заповедных зон и браконьерство. Эта беззаконная деятельность ведет к гибели как отдельных видов флоры и фауны, так и уничтожению экосистем в целом.
Что касается специфических экологических проблем в России, то кроме глобальных, существует несколько региональных. В первую очередь – это проблемы Арктики. Этой экосистеме был нанесен урон во время ее освоения. Здесь имеются в большом количестве труднодоступные запасы нефти и газа. Если их начнут добывать, возникнет угроза разлива нефтепродуктов. Глобальное потепление приводит к таянию ледников Арктики, они могут полностью исчезнуть. В результате этих процессов вымирают многие виды северных животных, и существенно изменяется экосистема, есть угроза затопления континента.
Байкал – это источник 80% питьевой воды России, и этой акватории был нанесен вред деятельностью бумажно-целлюлозного комбината, который сбрасывал неподалеку промышленные, бытовые отходы, мусор. Также пагубно влияет на озеро Иркутская ГЭС. Не только разрушаются берега, загрязняется вода, но и падает ее уровень, уничтожаются места нерестилищ рыб, что приводит к исчезновению популяций.
Наибольшей антропогенной нагрузке подвергается Волжский бассейн. Качество воды Волги и ее приток не соответствует рекреационным и гигиеническим нормам. Очищается лишь 8% сточных вод, сбрасываемых в реки. Кроме того, в стране существует значительная проблема снижения уровня рек во всех водоемах, а также постоянно пересыхают мелкие реки.
Самой опасной акваторией России считается Финский залив, поскольку в воде содержится огромнейшее количество нефтепродуктов, которые разлились в результате аварий на танкерах. Тепловые и дизельные электростанции Камчатки значительно загрязняют воздух региона. Еще здесь ведется активная браконьерская деятельность, в связи с чем сокращаются популяции животных. Также происходит неконтролируемый отлов лосося.
Строительство мегаполисов и транспортных магистралей уничтожает леса и другие природные ресурсы по всей стране. В современных городах существуют проблемы не только загрязнения атмосферы и гидросферы, но и происходит шумовое загрязнение. Именно в городах наиболее остро стоит проблема бытовых отходов. В населенных пунктах страны недостаточно зеленых зон с насаждениями, а также здесь происходит плохая циркуляция воздуха. Среди наиболее загрязненных городов мира второе место в рейтинге занимает российский город Норильск. Плохая экологическая ситуация образовалась в таких городах РФ, как Москва, Санкт-Петербург, Череповец, Асбест, Липецк и Новокузнецк.
25
25. Основы природопользования
Природопользование представляет собой сложный и многосторонний процесс и сферу знаний, научных интересов. Под природопользованием, как процессом взаимодействия природы и общества, понимают совокупность воздействий человечества на географическую оболочку Земли. Наблюдения за Космосом и происходящими там процессами позволило получить новые знания - это природопользование в широком смысле. Живая природа использует ресурсы неживой природы для своего существования, в свою очередь, преобразуя поверхность планеты. В экосистеме Земли за сотни миллионов лет сложились теснейшие взаимосвязи между отдельными компонентами. Человек противопоставил себя природе благодаря своей социальной организации.
Природопользование исследует общие принципы рационального использования природных ресурсов человеческим обществом. Объектом исследования природопользования как науки является комплекс взаимодействий между природными ресурсами, естественными условиями жизни общества и его социально-экономическим развитием. Предметом природопользования следует считать оптимизацию этих отношений. Задачи природопользования сводятся к разработке общих принципов осуществления всякой деятельности, связанной либо с непосредственным пользованием природой и ее ресурсами, либо с изменяющими её воздействиями. Как сфера знания, природопользование находится на стыке естественных, общественных и технических наук. Природопользование, как отрасль знаний, выделилось из географии и биологии (ее раздела - экологии) - наук. Структура природопользования: экология, охрана природы, энвайроментология, энвайроменталистика, ресурсоведение, эконология, экономика природопользования и др.
Экология рассматривает некую значимую для субъекта совокупность природных и отчасти социальных явлений и предметов. При этом анализ проводится с учётом интересов этого субъекта. В своем развитии человек преодолел всех хищников и стал на верху пищевых цепей. Его современное благополучие основывается на эксплуатации измененных (антропогенных) ландшафтов, где им созданы новые пищевые цепи. Но сам процесс изменений несет в себе побочные эффекты, часто нежелательные или попросту опасные. Научно-технический прогресс позволяет решать многие проблемы человечества, но он порождает и серьезнейшие проблемы, главной из которых является экологическая.
Эконология представляет собой науку, исследующую «эконэкол» («эконол»), экономию природы. Важнейшая роль в поддержании устойчивого развития общества отводится экономике природопользования.
Энвайроментализм - общая теория управления средой жизни и социально-экономическим развитием исходя из представлений о человеке как части биосферы. В России к энвайроменталистким можно отнести созданную В.И. Вернадским теорию ноосферы.
Основой энвайроментализма является энвайроментология - комплексная наука об окружающей среде, ее качестве и охране, традиционно имеющая целью ограничение пределов деятельности человека, введение запретов и ограничений.
Энвайроменталистика - техническое приложение энвайроментологии, изучающее способы и методы очистки отходящих газов, сточных вод, утилизации отходов и т.д. Энвайроменталистика создала целую отрасль хозяйства, известную под названием экобизнеса.
Ресурсоведение, представляет собой межотраслевую дисциплину, объектом исследования которой является различные виды природных, материальных и трудовых ресурсов, взаимосвязь их как факторов развития общества.
Таким образом, природопользование является достаточно сложной комплексной дисциплиной, синтезирующей знания многих наук с целью оптимизации взаимодействия природы и общества.
Необходимость бережного отношения к природе, ее защиты понимали еще в древние времена. Существовала и другая концепция подхода к природе - дающая право беспредельного господства над ней. В различные исторические периоды развития нашей страны система органов экологического управления, контроля и надзора всегда зависела от формы организации охраны окружающей природной среды. Решение экологических задач на современном этапе должно реализовываться как в деятельности специальных государственных органов, так и всего общества. Целью такой деятельности является рациональное использование природных ресурсов, устранение загрязнения среды, экологическое обучение и воспитание всей общественности страны.
Исключительно важную роль в реализации основ природоохранного законодательства играют органы управления, контроля и надзора в области охраны окружающей природной среды России. Действующей структурой органов управления охраны окружающей природной среды предусматриваются две категории: органы общей и специальной компетенции. Экологическая политика Российской Федерации в области охраны окружающей среды и рационального природопользования на современном этапе базируеттся на программных документах, принятых в 1992 г. на Конференции ООН в Рио-де-Жанейро.
Высшие федеральные, а также республиканские, областные, краевые законодательные органы России, согласно Закону РФ «Об охране окружающей природной среды», призваны определять основные направления государственной природоохранной политики, утверждать экологические программы, устанавливать правовые основы и нормы (в пределах своей компетенции). По Конституции РФ, природопользование, охрана окружающей природной среды, обеспечение экологической безопасности составляют совместную компетенцию Федерации и субъектов Федерации. Все управленческие структуры призваны решать указанные в перечне вопросы и задачи. Разграничение сферы деятельности их идет по двум направлениям: пространственному и ресурсовому. Однако в рамках одного и того же территориального пространства могут находиться ресурсы разного значения: республиканского, краевого, областного, муниципального ведения или же представляющие исключительно федеральную собственность. Это определяет объем представленных полномочий.
Академик В.И. Вернадский показал, что мощь человеческой деятельности сравнима с геологической силой Земли. С тех пор мощь эта возросла в десятки раз и она требует и соответствующего ей сознания и мышления, профессиональной подготовки и материально-технического обеспечения. В структуре современного экологического движения в России следует отметить три существенных элемента:1) формирование экологического сознания; 2) развитие организационных форм экологического движения; 3)наличие различных путей и методов реализации задач, поставленных экологическим движением. У истоков формирования экологического миропонимания находились идеи консервативной охраны природы. В период интенсивного использования природных ресурсов в нашей стране в обществе закрепилось потребительское отношение к природе. Однако нарастание экологического кризиса и недостаточная эффективность государственной политики советского периода в области охраны окружающей среды вызвали перелом в общественном экологическом сознании. Практика экологического движения в России выработала несколько организационных форм, в числе которых общества, союзы, фонды, ассоциации, политические партии. Несмотря на многообразие форм экологического движения, цели у них общие: 1) содействие решению природоохранных проблем, стоящих перед обществом; 2) пропаганда экологических знаний; 3) развитие экологического воспитания и образования; 4) общественный природоохранный контроль. Одним из методов решения задач, поставленных экологическим движением, является организация забастовок, собраний, митингов, референдумов по вопросам охраны окружающей природной среды.
Общие принципы рационального природопользования
В природопользовании принято рассматривать два уровня управления:управление природными системами; управление природопользователями. Управление природными системами может быть «жестким» и «мягким», а управление природопользователями - командно-административным и экономическим.
Природные ресурсы - это совокупность естественных тел и явлений природы, которые использует человек в деятельности, направленной на поддержание своего существования. Неисчерпаемые ресурсы - это преимущественно внешние по отношению к Земле процессы и явления, такие как солнечная энергия и ее производные. Исчерпаемые ресурсы делятся на возобновимые, способные к самовоспроизводству (растительный и животный мир, мир микроорганизмов); невозобновимые (рудные и нерудные полезные ископаемые).
Ресурсный цикл - это совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества или группы веществ, происходящих на всех этапах использования его человеком. Ресурсный цикл, иногда называемый антропогенным круговоротом вещества, фактически не замкнут. На всех этапах ресурсного цикла в окружающей среде рассеивается около 98 % добываемого минерального сырья.
Предметы массового потребления в результате износа, коррозии или утраты в них надобности, так или иначе, оказываются в окружающей среде и тем самым загрязняют ее. Многие отходы преобразуются в воде, почве и атмосфере. Культурные экосистемы не способны к самовосстановлению из-за истощения почвы вследствие сбора урожая. Поэтому человек вынужден полностью брать на себя восстановление плодородия.
Количества вещества, вовлекаемого в антропогенный круговорот, уже соизмеримы с количествами вещества в естественных биохимических циклах.
По мере прохождения через ресурсный цикл вещества, ранее сконцентрированные в том или ином месте локализации, рассеиваются. Рассеиваются не исходные, а трансформированные или утраченные в процессе ресурсного цикла вещества, которые загрязняют окружающую природную среду. Таким образом, главной объективной причиной загрязнения окружающей среды является незамкнутость ресурсного цикла.
Важным моментом в деле рационального природопользования являются планирование и прогнозирование использования природных ресурсов. При планировании следует учитывать все возрастающие темпы использования природных ресурсов и производить перспективный расчет их потребления на базе математических методов прогнозирования.
Бурное развитие научно-технического прогресса сопровождается интенсивным использованием невозобновимых ресурсов, к которым относятся большинство полезных ископаемых.
К концу XX в. прирост разведанных запасов полезных ископаемых не покрывает их добычи. Первоочередными задачами становятся охрана и рациональное использование природных ресурсов, широкое вовлечение в ресурсный цикл возобновляемых источников энергии.
Совершенствование ресурсных циклов базируется на ряде общих принципов.
Принцип системного подхода, который предусматривает комплексную всестороннюю оценку воздействия производства на среду и ее ответных реакций.
Принцип оптимизации природопользования заключается в принятии наиболее целесообразных решений в использовании природных ресурсов и природных систем на основе одновременного экологического и экономического подхода, прогноза развития различных отраслей и географических регионов.
Принцип опережения темпов заготовки и добычи сырья темпами выхода полезной продукции основан на снижении количества образующихся отходов в процессе производства, т.е. на более полном использовании одного и того же количества исходного сырья.
Принцип гармонизации отношений природы и производства используется при создании и эксплуатации природно-технических, геотехнических или эколого-экономических систем. Эти системы обеспечивают, с одной стороны, высокие производственные показатели, а с другой - поддержание в зоне своего влияния благоприятной экологической обстановки, максимально возможное сохранение и воспроизводство естественных ресурсов. Своевременное и точное обнаружение опасных ситуаций достигается непрерывным сбором информации о состоянии окружающей среды с помощью наблюдений за ее изменениями, вызванными антропогенными причинами, что позволяет прогнозировать их развитие. Такие системы носят название мониторинга.
Принцип комплексного использования природных ресурсов и концентрации производства заключается в том, что на базе имеющихся в данном экономическом районе сырьевых и энергетических ресурсов создаются территориально-производственные комплексы, которые позволяют более полно использовать указанные ресурсы и тем самым снизить вредную нагрузку на окружающую среду.К
Качество окружающей природной среды и его нормирование
Под качеством природной среды понимают такое состояние ее экологических систем, при котором постоянно обеспечиваются обменные процессы энергии и веществ между природой и человеком на уровне, обеспечивающем воспроизводство жизни на Земле. Нормирование качества окружающей природной среды - это процесс разработки и придания юридической силы научно обоснованным нормативам в виде показателей предельно допустимого воздействия человека на природу или среду обитания. Норма - это мера воздействия. Предельно допустимой нормой является законодательно устанавливаемые допустимые размеры воздействия человека на природу или среду обитания. Нормативы качества - предельно допустимые нормы воздействия на окружающую природную среду антропогенной деятельности человека.
К содержанию нормативов сформулированы следующие общие требования: экологическая безопасность населения; сохранение генетического фонда; обеспечение рационального использования и воспроизводства природных условий, устойчивого развития хозяйственной деятельности. Цель этих требований - обеспечить научно обоснованное сочетание экологических и экономических интересов как основы общественного прогресса.
Санитарно-гигиенические нормативы - это нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ (химических, биологических); физических воздействий, санитарных защитных зон; предельно допустимых уровней радиационного воздействия. Цель таких нормативов - определить показатели качества окружающей среды применительно к здоровью человека. Главная задача состоит в том, чтобы установить санитарные нормы и правила, обязательные для выполнения на всей территории России государственными и общественными структурами, предприятиями, организациями независимо от форм собственности и подчиненности, должностными лицами и гражданами.
Министерство здравоохранения Российской Федерации утверждает санитарные нормы и предельно допустимые уровни влияния на организм человека различных факторов среды его обитания. Наряду с санитарными, действуют нормативы ПДК по рыбохозяиственным водоемам, по чистоте атмосферного воздуха, для лесной растительности, для поверхностных вод, вод, используемых для водопоя, полива растений и др.
Основными компонентами, загрязняющими атмосферный воздух, являются пыль (твердые вещества), двуокись и окись азота, двуокись серы, окись углерода.
Качество воды большинства водных объектов не отвечает нормативным требованиям. Многочисленные очаги загрязнения подземных вод отходами промышленности, сельского хозяйства, коммунально-бытовыми отходами наблюдаются вокруг всех крупных городов и промышленных центров.
Под радиационным воздействием понимают частный случай ионизирующего излучения, исходящего от радиоактивных веществ. Уровень радиоактивного воздействия - это норматив, устанавливаемый службой санитарно-эпидемиологического надзора в величинах, которые не должны представлять опасность для здоровья человека, его генетического фонда. С точки зрения мощности и времени полученной дозы облучения и его типа, все лица, подвергавшиеся облучению, делятся на три группы: группа «А» (все, кто постоянно или временно работал непосредственно с источником радиоактивного воздействия); группа «Б» (граждане, которые по условиям проживания или размещения могут пострадать от радиоактивного загрязнения); группа «В» (остальная часть населения).
Человек - сам часть природы и, эксплуатируя ее, он, по сути дела, эксплуатирует себя. Современная физика объясняет образование Вселенной как результат «Большого взрыва». Все предметы природы родственны и между ними существует генетическая связь. То, что существовало до «Большого взрыва», никуда не делось, находится внутри физических объектов. Аристотелем назвал это метафизикой. В религиозных учениях метафизический принцип персонализирован.
Существует несколько уровней взаимодействия человека и природы: универсальный, глобальный, региональный и локальный.
Обычно люди сталкиваются с природой на локальном уровне - с привычной средой жизни. Стремление сохранить существующий порядок в природе на локальном уровне осознается чувствами, поэтому оно наиболее сильно.
Региональный уровень - это уровень крупного географического района или страны в целом (национальный уровень). В связи с достаточно большим промежутком времени, разделяющим причину и следствия в других частях (компонентах), стремление сохранить природу не может быть результатом прямого опыта живущих здесь людей. Необходимо привлечение науки, исследующей причинно-следственную связь. Формируется тезис (необходимость изменений) и антитезис (необходимость сохранить существующее положение). Тезис и антитезис приходят к единству (синтезу), порождая новое качество. В случае с природопользованием - это новый антропогенный ландшафт (экосистема). Но это уже не «дикая природа». Он требует от человека энергии (труда) для поддержания в требуемом качестве. Равновесное природопользование наступает при минимизации этих затрат - это высочайшая ценность культуры, идеал, предмет национальной гордости. Идеалы формируют традиции и обычаи. Культура природопользования очень устойчива. Рациональное природопользование - это эффективное природопользование. Эффективность же - отношение полученных результатов к затратам ресурсов. Оптимум в этом отношении рождает стабильность, устойчивость. Возможность многовариантного (альтернативного) равновесного природопользования делает относительным понятие рациональности природопользования. Мы должны различать понятие экономической и экологической рациональности. Стремление к экономической рациональности преобладает в начале предпринимаемого действия. Такой тип действий встречает сопротивление как природного, так и социального окружения. Поэтому альтернативным является ценностнорациональное действие, сочетающее экономику и экологию.
На национальному уровне природопользования ведущая роль отводится государству. Цель государства - достижение блага граждан. В каждой стране существует национальное законодательство, охраняющее экологическую безопасность граждан. Природные процессы не «замечают» государственных и административных границ. Решить межнациональные проблемы можно только лишь путем заключения международных соглашений. Более сложно решаются глобальные проблемы человечества.
Этические нормы являются системой ориентации человека в природной и социальной среде. Нормальная (здоровая) социальная среда вытесняет нарушителей на периферию, делает их изгоями. Нравственный императив и этические нормы приложимы и к природной среде существования людей. Ответная реакция природы на воздействия человека отдалена во времени и наступит обязательно. Люди должны пользоваться или опытом многих поколений, или нравственным императивом, метафизической логикой. Универсальный уровень (этика) природопользования «пронизывает» все остальные уровни - локальный, региональный и глобальный. Идея ноосферы разработана и в трудах академика В.И. Вернадского. Смысл ноосферного мышления В.И. Вернадский видел в том, чтобы не разрушать равновесие в природных системах, а наоборот, использовать происходящие в них процессы на благо человека.
29
Очистка сточных вод — комплекс мероприятий по удалению загрязнений, содержащихся в бытовых и промышленных сточных водах перед выпуском их в водоёмы. Очистка сточных вод осуществляется на специальных очистных сооружениях
Процесс очистки делится на 4 этапа:
механический
биологический
физико-химический
дезинфекция сточных вод.