- •Isbn:539000289x
- •Isbn-13(ean):9785390002896
- •Раздел I. Общая экология
- •1. Предмет и задачи экологии
- •2. Краткий обзор истории развития экологии
- •3. Значение экологического образования
- •Контрольные вопросы
- •Глава 1. Взаимодействие организма и среды
- •1.1. Главные уровни организации жизни и экология
- •1.2. Организм как живая целостная система
- •1.3. Общая характеристика биоты Земли
- •Высшие таксоны ситематики империи клеточных организмов
- •1.4. О среде обитания и экологических факторах
- •1.5. Об адаптациях организмов к среде обитания
- •1.6. Лимитирующие экологические факторы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 2. Экологические факторы и ресурсы среды
- •2.1. Физические и химические экологические факторы в жизни организмов Влияние температуры на организмы
- •Свет и его роль в жизни организмов
- •Вода в жизни организмов
- •Совместное действие температуры и влажности
- •Водная среда
- •Атмосферные газы как экологический фактор
- •Физические факторы воздушной среды
- •Химические факторы воздушной среды
- •Биогенные вещества как экологические факторы
- •Биогенные макроэлементы
- •Биогенные микроэлементы
- •2.2. Эдафические экологические факторы в жизни растений и почвенной биоты
- •Состав и структура почв
- •Строение почв в вертикальном разрезе
- •Важнейшие экологические факторы почв
- •Экологические индикаторы
- •2.3. Естественные геофизические поля как экологические факторы
- •2.4. Ресурсы живых существ как экологические факторы
- •Классификация ресурсов
- •Экологическое значение незаменимых ресурсов
- •Экологическое значение пищевых ресурсов
- •Ограждение пищевых ресурсов
- •Пространство как ресурс
- •Контрольные вопросы
- •Глава 3. Популяционная экология
- •3.1. Количественные показатели популяций Статические показатели популяций
- •Динамические показатели популяций
- •3.2. Продолжительность жизни вида
- •Статическая демографическая таблица женского населения Канады на 1980 г. (по Krebs, 1985)
- •3.3. Динамика численности популяций
- •3.4. Регуляция плотности популяции
- •3.5. Экологические стратегии выживания
- •Контрольные вопросы
- •Глава 4. Экология биотических сообществ
- •4.1. Видовая структура сообществ и способы ее оценки
- •4.2. Пространственная структура сообществ
- •4.3. Экологическая ниша и взаимоотношения организмов в сообществе
- •Классификация биотических взаимодействий популяций двух видов (по ю. Одуму, 1986)
- •1 Жираф; 2 антилопа геренук; 3 антилопа дик-дик; 4 носорог; 5 слон; 6 зебра; 7 гну; 8 газель Гранта; 9 антилопа бубал
- •Контрольные вопросы
- •Глава 5. Экологические системы
- •5.1. Концепция, масштабы и трофическая структура экосистемы
- •5.2. Продуцирование и разложение в природе
- •5.3. Гомеостаз экосистемы
- •5.4. Энергетические потоки в экосистеме Энергетические потоки
- •Принцип биологического накопления
- •5.5. Уровни биологической продуктивности экосистем. Экологические пирамиды
- •Уровни производства органического вещества
- •Экологические пирамиды
- •5.6. Динамика экосистемы (цикличность, сукцессия, климакс)
- •Цикличность
- •Экологическая сукцессия
- •Сукцессионные процессы и климакс
- •5.7. Системный подход и моделирование в экологии
- •Контрольные вопросы
- •Раздел II. Учение о биосфере
- •Глава 6. Биосфера как глобальная экосистема Земли
- •6.1. Место биосферы среди оболочек Земли
- •Соотношение горных пород земной коры
- •Распределение вод на Земле
- •Состав атмосферы
- •6.2. Состав биосферы как глобальной экосистемы
- •1 Озоновый слой; 2 граница снегов; 3 почва; 4 животные, обитающие в пещерах; 5 бактерии в нефтяных водах (высота и глубина даны в метрах)
- •Скорость формирования гумусового горизонта почв Русской равнины (по а. Н. Геннадиеву и др., 1987)
- •Глобальные функции почв (педосферы) (Добровольский, Никитин, 1986)
- •6.3. Круговорот веществ в природе
- •6.4. Биогеохимические циклы наиболее важных для жизни организмов биогенных веществ
- •Контрольные вопросы
- •Глава 7. Природные экосистемы Земли как хорологические единицы биосферы
- •7.1. Ландшафты и экосистемы
- •Первичная биологическая продуктивность экосистем земного шара (по р. X. Уиттекеру, 1980)
- •I. Наземные биомы
- •II. Типы пресноводных экосистем
- •III. Типы морских экосистем
- •7.2. Наземные биомы (экосистемы)
- •7.3. Пресноводные экосистемы Особенности и факторы пресноводных местообитаний
- •Характеристика пресноводных экосистем
- •7.4. Морские экосистемы Особенности и факторы морской среды
- •Характеристика морских экосистем
- •1 Stomias; 2 Argyropelecus; 3 Gonostoma; 4 Malacosteus; 5 Idiacanthus; 6 Chauliodus
- •7.5. Функциональная целостность биосферы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 8. Эволюция биосферы и факторы ее устойчивости
- •8.1. Основы учения в. И. Вернадского о биосфере
- •Эволюция биосферы и ее основных составляющих (по ф. Рамаду, 1981)
- •8.2. Эволюция биосферы и ее биоразнообразие
- •8.3. Биотическая регуляция окружающей среды
- •8.4. Ноосфера как новая стадия эволюции биосферы
- •Контрольные вопросы
- •Раздел III. Человек в биосфере
- •Глава 9. Биосоциальная природа человека и экология
- •9.1. Человек как биологический вид Эволюционные особенности вида
- •Наследственность человека
- •Искусственная среда и эволюция человека
- •9.2. Человечество как популяционная система
- •Рост численности населения
- •Темпы роста населения Земли в 19502000 гг. (Лестер р. Браун, 1992)
- •9.3. Природные ресурсы Земли как лимитирующий фактор выживания человечества Общие представления
- •Классификация природных ресурсов
- •Контрольные вопросы
- •Глава 10. Антропогенные экосистемы
- •10.1. О фундаментальных типах экосистем
- •Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем (по Миллеру, 1993)
- •10.2. Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы)
- •10.3. Индустриально-городские экосистемы о процессах урбанизации
- •Урбанистические системы
- •Контрольные вопросы
- •Глава 11. Здоровье человека и окружающая среда
- •11.1. Понятия «здоровье» и «окружающая среда»
- •11.2. Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека
- •11.3. Влияние социально-экологических факторов на здоровье человека
- •11.4. Гигиена и здоровье человека
- •11.5. Валеология наука о здоровье
- •Контрольные вопросы
- •Раздел IV. Антропогенные воздействия на биосферу
- •Глава 12. Основные виды антропогенных воздействий на биосферу
- •12.1. Общие положения
- •12.2. Загрязнение главнейший вид негативного воздействия на биосферу
- •Контрольные вопросы
- •Глава 13. Антропогенные воздействия на атмосферу
- •13.1. Загрязнение атмосферного воздуха
- •Выброс в атмосферу главных загрязнителей (поллютантов) в мире и в России
- •13.2. Основные источники загрязнения атмосферы
- •13.3. Экологические последствия загрязнения атмосферы
- •Влияние выхлопных газов автомобиля на здоровье человека (по х. Ф. Френчу, 1992)
- •Токсичность загрязнения воздуха для растений (Бондаренко, 1985)
- •13.4. Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы
- •Возможное потепление климата («парниковый эффект»)
- •Нарушение озонового слоя
- •Кислотные дожди
- •Закисление озер в мире (по данным «XX век последние 10 лет», 1992)
- •Контрольные вопросы
- •Глава 14. Антропогенные воздействия на гидросферу
- •14.1. Загрязнение гидросферы
- •Главные загрязнители воды
- •Приоритетные загрязнители водных экосистем по отраслям промышленности
- •14.2. Экологические последствия загрязнения гидросферы
- •14.3. Истощение подземных и поверхностных вод
- •Контрольные вопросы
- •Глава 15. Антропогенные воздействия на литосферу
- •15.1. Деградация почв (земель)
- •Эрозия почв (земель)
- •Загрязнение почв
- •Вторичное засоление и заболачивание почв
- •Опустынивание
- •Отчуждение земель
- •15.2. Воздействия на горные породы и их массивы Горные породы
- •Массивы горных пород
- •15.3. Воздействия на недра
- •Контрольные вопросы
- •Глава 16. Антропогенные воздействия на биотические сообщества
- •16.1. Значение леса в природе и жизни человека
- •16.2. Антропогенные воздействия на леса и другие растительные сообщества
- •16.3. Экологические последствия воздействия человека на растительный мир
- •Относительная чувствительность растений к воздействию загрязнения воздуха
- •Исчезновение видов высших растений под воздействием человека за последние 200 лет
- •16.4. Значение животного мира в биосфере
- •16.5. Воздействие человека на животных и причины их вымирания
- •Контрольные вопросы
- •Глава 17. Особые виды воздействия на биосферу
- •17.1. Загрязнение среды отходами производства и потребления
- •17.2. Шумовое воздействие
- •17.3. Биологическое загрязнение
- •17.4. Воздействие электромагнитных полей и излучений
- •17.5. Загрязнение от ракетно-космической деятельности
- •Контрольные вопросы
- •Глава 18. Экстремальные воздействия на биосферу
- •18.1. Воздействие оружия массового уничтожения
- •18.2. Воздействие техногенных экологических катастроф
- •18.3. Стихийные бедствия
- •Стихийные бедствия эндогенного характера
- •Стихийные бедствия экзогенного характера
- •Контрольные вопросы
- •Раздел V. Охрана окружающей среды. Экологическая защита
- •Глава 19. Взаимодействие природы и общества на современном этапе
- •19.1. Основные формы взаимодействия природы и общества
- •19.2. Важнейшие природоохранные принципы и объекты охраны окружающей среды
- •19.3. Экологический кризис и пути выхода из него
- •Контрольные вопросы
- •Глава 20. Инженерная экологическая защита
- •20.1. Принципиальные направления инженерной экологической защиты
- •Малоотходная и безотходная технологии и их роль в защите среды обитания
- •Биотехнология в охране окружающей среды
- •20.2. Нормирование качества окружающей среды
- •Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов, мг/м3
- •Предельно допустимые концентрации вредных веществ в питьевых водах, мг/л
- •20.3. Защита атмосферы
- •20.4. Защита гидросферы Поверхностная гидросфера
- •Подземная гидросфера
- •1 Водоносные пески; 2 депрессионная воронка; 3 насосная; 4 здание для очистки воды; 5 инфильтрационные бассейны; 6 водозаборные скважины
- •20.5. Защита литосферы Защита почв (земель)
- •Охрана и рациональное использование недр
- •Рекультивация нарушенных территорий
- •Основные направления рекультивации и виды последующего использования рекультивированных земель
- •Защита массивов горных пород
- •20.6. Защита биотических сообществ Защита растительного мира
- •Охрана животного мира
- •Красная книга
- •Особо охраняемые природные территории
- •20.7. Защита окружающей среды от особых видов воздействий Защита от отходов производства и потребления
- •Защита от шумового воздействия
- •Защита от электромагнитных полей и излучений
- •Защита от негативного биологического воздействия
- •Контрольные вопросы
- •Глава 21. Энерго- и ресурсосбережение
- •21.1. Экологичное энергопотребление
- •Основные направления экологичного энергопотребления
- •Характеристика основных утеплителей по данным зарубежных источников
- •Энергосберегающие заглубленные здания
- •Концепция энергосберегающего экодома
- •21.2. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии
- •21.3. Ресурсосбережение в строительстве Использование техногенного сырья мощный экологический ресурс
- •Экологическая безопасность техногенного сырья
- •Контрольные вопросы
- •Раздел VI. Охрана окружающей среды. Правовые и экономические аспекты
- •Глава 22. Административно-правовые основы охраны окружающей среды
- •22.1. Экологическое законодательство Российской Федерации
- •22.2. Государственные органы управления в области охраны окружающей среды
- •22.3. Экологическая стандартизация, сертификация и паспортизация
- •22.4. Экологическая экспертиза и овос
- •22.5. Экологический риск и зоны повышенного экологического риска
- •Зоны чрезвычайной экологической ситуации и экологического бедствия в России
- •22.6. Экологический мониторинг
- •Система наземного мониторинга окружающей среды (по и. П. Герасимову)
- •22.7. Экологический контроль
- •Контрольные вопросы
- •Глава 23. Экологические права и обязанности граждан
- •23.1. Экологические права граждан. Общественные экологические движения
- •23.2. Экологические обязанности граждан
- •23.3. Юридическая ответственность за экологические правонарушения
- •Контрольные вопросы
- •Глава 24. Экономический механизм охраны окружающей среды
- •24.1. Методы экономического регулирования
- •24.2. Эколого-экономический учет природных ресурсов и загрязнителей
- •24.3. Лицензии, договора и лимиты на природопользование
- •24.4. Новые механизмы финансирования природоохранных мероприятий
- •24.5. Экономическое стимулирование в области охраны окружающей среды
- •24.6. Понятие о концепции устойчивого эколого-экономического развития
- •Контрольные вопросы
- •Глава 25. Экологизация общественного сознания
- •25.1. Антропоцентризм и экоцентризм. Формирование нового экологического сознания
- •25.2. Экологическое образование, воспитание и культура
- •Контрольные вопросы
- •Глава 26. Международное экологическое сотрудничество
- •26.1. Роль международных экологических отношений
- •26.2. Национальные и международные объекты охраны окружающей среды
- •26.3. Основные принципы международного экологического сотрудничества
- •26.4. Участие России в международном экологическом сотрудничестве
- •Контрольные вопросы
Контрольные вопросы
1. Что такое экология и каков предмет ее изучения?
2. Чем различаются задачи теоретической и прикладной экологии?
3. Этапы исторического развития экологии как науки. Роль отечественных ученых в ее становлении и развитии.
4. Что такое природоохранная деятельность и каковы ее основные виды?
5. Почему необходимы каждому члену общества, в том числе и инженерно-техническим работникам, экологическая культура и экологическое образование?
Глава 1. Взаимодействие организма и среды
1.1. Главные уровни организации жизни и экология
Ген, клетка, орган, организм, популяция, сообщество (биоценоз) главные уровни организации жизни. Экология изучает уровни биологической организации от организма до экосистем. В ее основе, как и всей биологии, лежит теория эволюционного развития органического мира Ч. Дарвина, базирующаяся на представлениях о естественном отборе. В упрощенном виде его можно представить так: в результате борьбы за существование выживают наиболее приспособленные организмы, которые передают выгодные признаки, обеспечивающие выживание, своему потомству, которое может их развить дальше, обеспечив стабильное существование данному типу организмов в данных конкретных условиях среды. Если условия эти изменятся, то выживают организмы с более благоприятными для новых условий признаками, переданными им по наследству и т. д.
Материалистические представления о происхождении жизни и эволюционную теорию Ч. Дарвина можно объяснить лишь с позиций экологической науки. Поэтому не случайно, что вслед за открытием Дарвина (1859) появился термин «экология» Э. Геккеля (1866). Роль среды, т. е. физических факторов, в эволюции и существовании организмов не вызывает сомнений. Эта среда была названа абиотической, а составляющие ее отдельные части (воздух, вода и др.) и факторы (температура и др.) называют абиотическими компонентами, в отличие от биотических компонентов, представленными живым веществом. Взаимодействуя с абиотической средой, т. е. с абиотическими компонентами, они образуют определенные функциональные системы, где живые компоненты и среда «единый цельный организм».
На рис. 1.1 указанные выше компоненты представлены в виде уровней биологической организации биологических систем, которые различаются по принципам организации и масштабам явлений. Они отражают иерархию природных систем, при которой меньшие подсистемы составляют большие системы, сами являющиеся подсистемами более крупных систем.
Рис. 1.1. Спектр уровней биологической организации (по Ю. Одуму, 1975)
Свойства каждого отдельного уровня значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Но объяснить это можно лишь частично на основе данных о свойствах предшествующего уровня. Иными словами, нельзя предсказать свойства каждого последующего биологического уровня исходя из свойств отдельных составляющих его более низких уровней, подобно тому, как нельзя предсказать свойства воды исходя из свойств кислорода и водорода. Такое явление называют эмерджентностью наличием у системного целого особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также сумме других элементов, не объединенных системообразующими связями.
Экология изучает правую часть «спектра», изображенного на рис. 1.1, т. е. уровни биологической организации от организмов до экосистем. В экологии организм рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой, как абиотической, так и биотической. В этом случае в наше поле зрения попадает такая совокупность, как биологический вид, состоящий из сходных особей, которые, тем не менее, как индивидуумы отличаются друг от друга. Они точно так же непохожи, как непохож один человек на другого, тоже относящиеся к одному виду. Но всех их объединяет единый для всех генофонд, обеспечивающий их способность к размножению в пределах вида. Не может быть потомства от особей различных видов, даже близкородственных, объединенных в один род, не говоря уже о семействе и более крупных таксонах, объединяющих еще более «далеких родственников».
Поскольку каждый отдельный индивид (особь) имеет свои специфические особенности, то и отношение их к состоянию среды, к воздействию ее факторов различное. Например, повышение температуры часть особей может не выдержать и погибнуть, но популяция всего вида выживает за счет других особей, более приспособленных к повышенным температурам.
Популяция, в самом общем виде, это совокупность особей одного вида. Генетики обычно добавляют как обязательный момент способность этой совокупности к самовоспроизведению. Экологи же, учитывая обе эти особенности, подчеркивают некую изолированность в пространстве и во времени аналогичных совокупностей одного и того же вида (Гиляров, 1990).
Изолированность в пространстве и во времени аналогичных популяций отражает реальную природную структуру биоты. В реальной природной среде многие виды рассеяны на огромных пространствах, поэтому изучать приходится некую видовую группировку в пределах определенной территории. Некоторые из группировок достаточно хорошо приспосабливаются к местным условиям, образуя так называемый экотип. Эта даже небольшая группа особей, связанных между собой генетически, может дать начало большой популяции, причем весьма устойчивой достаточно длительное время. Этому способствуют адаптивность особей к абиотической среде, внутривидовая конкуренция и др.
Однако настоящих одновидовых группировок и поселений в природе не существует, и мы обычно имеем дело с группировками, состоящими из многих видов. Такие группировки называются биологическими сообществами, или биоценозами.
Биоценоз совокупность совместно обитающих популяций разных видов микроорганизмов, растений и животных. Термин «биоценоз» впервые применил Мебиус (1877), изучая группу организмов устричной банки, т. е. с самого начала это сообщество организмов было ограничено неким «географическим» пространством, в данном случае границами отмели. В дальнейшем это пространство было названо биотопом, под которым понимаются условия окружающей среды на определенной территории: воздух, вода, почвы и подстилающие их горные породы. Именно в этой окружающей среде существуют растительность, животный мир и микроорганизмы, составляющие биоценоз.
Понятно, что компоненты биотопа не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой, создавая определенную биологическую систему, которую академик В. Н. Сукачев назвал биогеоценозом. В этой системе совокупность абиотических и биотических компонентов имеет «… свою, особую специфику взаимодействий» и «определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющие собой внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии» (Сукачев, 1971). Схема биогеоценоза показана на рис. 1.2. Эта известная схема В. Н. Сукачева скорректирована Г. А. Новиковым (1979).
Рис. 1.2. Схема биогеоценоза по Г. А. Новикову (1979)
Термин «биогеоценоз» был предложен В. Н. Сукачевым в конце 30-х гг. Представления Сукачева в дальнейшем легли в основу биогеоценологии целого научного направления в биологии, занимающегося проблемами взаимодействия живых организмов между собой и с окружающей их абиотической средой.
Однако несколько ранее, в 1935 г., английским ботаником А. Тенсли был введен термин «экосистема». Экосистема, по А. Тенсли, «совокупность комплексов организмов с комплексом физических факторов его окружения, т. е. факторов местообитания в широком смысле». Подобные определения есть и у других известных экологов Ю. Одума, К. Вилли, Р. Уитеккера, К. Уатта.
Ряд сторонников экосистемного подхода на Западе считают термины «биогеоценоз» и «экосистема» синонимами, в частности Ю. Одум (1975, 1986).
Однако ряд российских ученых не разделяют этого мнения, видя определенные различия. Тем не менее многие не считают эти отличия существенными и ставят знак равенства между этими понятиями. Это тем более необходимо, что термин «экосистема» широко применяется в смежных науках, особенно природоохранного содержания.
Особое значение для выделения экосистем имеют трофические, т. е. пищевые взаимоотношения организмов, регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всей экосистемы в целом.
Прежде всего, все организмы делятся на две большие группы автотрофов и гетеротрофов.
Автотрофные организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зеленые растения суши и водной среды, синезеленые водоросли, некоторые бактерии за счет хемосинтеза и др.
Гетеротрофные организмы потребляют только готовые органические вещества. К ним относятся все животные и человек, грибы и др. Гетеротрофы, потребляющие мертвую органику, называются сапротрофами (например, грибы), а способные жить и развиваться в живых организмах за счет живых тканей паразитами (например, клещи).
Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические взаимодействия, тем самым выполняя важнейшие экологические функции в биотических сообществах. Одни из них производят продукцию, другие потребляют, третьи преобразуют ее в неорганическую форму. Их называют соответственно: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы это наземные зеленые растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли, производящие органические вещества из неорганических соединений.
Консументы это потребители органических веществ. Среди них есть животные, употребляющие только растительную пищу травоядные (корова) или питающиеся только мясом других животных плотоядные (хищники), а также употребляющие и то и другое «всеядные» (человек, медведь).
Редуценты (деструкторы) восстановители. Они возвращают вещества из отмерших организмов снова в неживую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (например, на CO2, NO2 и H2O). Возвращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они, тем самым, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроорганизмов и грибы. Функционально редуценты это те же консументы, поэтому их часто называют микроконсументами.
А. Г. Банников (1977) полагает, что и насекомые также играют важную роль в процессах разложения мертвой органики и в почвообразовательных процессах.
Микроорганизмы, бактерии и другие более сложные формы в зависимости от среды обитания подразделяют на аэробные, т. е. живущие при наличии кислорода, и анаэробные живущие в бескислородной среде.