Куренщиков ДК_Экология_лекции_2013_1

Министерство транспорта Российской Федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный государственный университет путей сообщения»

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук

Кафедра «Химия и экология»

Д.К. Куренщиков, Л.И. Никитина

ЭКОЛОГИЯ

В двух частях

Часть 1

Курс лекций

Рекомендовано Методическим советом по качеству

образовательной деятельности ДВГУПС в качестве учебного пособия

Хабаровск Издательство ДВГУПС

2013

УДК 502/504 (075.8)

ББК Е 081я73

К 930

Рецензенты:

Кафедра «Экология, ресурсопользование и безопасность жизнедеятельности» ТОГУ

(заведующий кафедрой доктор технических наук,

профессор Л.П. Майорова)

Доктор биологических наук, профессор ДВГГУ

Е.Д. Целых

Куренщиков, Д.К.

К 930 Экология : курс лекций. В 2 ч. Ч. 1 / Д.К. Куренщиков, Л.И. Никитина. – Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2013. – 158 с. : ил.

Курс лекций составлен в соответствии с профессионально-образова- тельной программой.

Изложено содержание 4 лекций, в которых рассматриваются история создания и становления науки экологии, биосфера и её составляющие, среды жизни и экологические факторы, экосистемы, их строение, классификация и эволюция, роль экологии в современном мире. В конце каждой лекции приводятся тестовые задания для проверки знаний учащихся.

Предназначен для студентов 1–4-го курсов дневной и заочной форм обучения экономических, гуманитарных и технических специальностей, изучающих дисциплину «Экология».

УДК 502/504 (075.8)

ББК Е 081я73

© ДВГУПС, 2013

2

ВВЕДЕНИЕ

В1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась Международная конференция ООН по окружающей среде и развитию – The United Nations Convention on environment and development (ЮНСЕД), на которой было принято судьбоносное для всей планеты решение об изменении курса развития всего мирового сообщества. В декларации по окружающей среде и развитию провозглашалось, что для решения глобальных экологических проблем и ускорения устойчивого развития, концепция «Устойчивого развития» должна стать приоритетным вопросом в повестке дня международного сообщества. Большое значение для устойчивого развития имеют как экономическая политика отдельных стран, так и международные экономические отношения. Правительствам следует принять национальную стратегию устойчивого развития на основе осуществления решений, принятых на конференции, в частности в отношении повестки дня на XXI в. [42].

Такое решение было обусловлено стремительно ухудшающейся глобальной экологической ситуацией и прогнозируемой на основе анализа

еединамики глобальной катастрофой, которая может разразиться уже в XXI в. и привести к гибели всего живого на Земле [22].

Однако и в начале XXI в. еще доминирует потребительское отношение к окружающей среде и природным ресурсам. В результате возникает «реальная угроза жизненно важным интересам будущих поколений человечества» и усугублению глобального экологического кризиса.

Всвязи с вышесказанным актуальной задачей, стоящей сегодня перед высшим профессиональным образованием, становится формирование экологического мышления и культуры будущих выпускников, а также профессиональной готовности к решению экологических проблем во всех сферах деятельности.

Реализация данной задачи стала возможной с введением новых образовательных стандартов третьего поколения (ФГОС ВПО), в основе которых – компетентностный подход, обеспечивающий взаимосвязь общекультурных и профессиональных областей знаний, направленных на повышение конкурентоспособности выпускников вузов. К сожалению, по таким направлениям подготовки бакалавров, как 080100 «Экономика», 221400 «Управление качеством», 270800 «Строительство» и другим направлениям экологические компетентности отсутствуют.

Можно только догадываться, что в общекультурной компетенции

«использовать основные законы естественно-научных дисциплин в

профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования» (ОК-1, ОК-5, ОК-9 и т. д.) заложены основы экологического мировоззрения и культуры.

3

Несмотря на то, что экологические компетенции отсутствуют в ряде стандартов, дисциплина «Экология» входит либо в базовую, либо в вариативную часть блока «Математический и естественно-научный цикл» многих ФГОС ВПО.

Необходимо отметить, что экологическая компетенция является интегрированным, общекультурным показателем, который формируется не только в ходе предметного обучения дисциплине «Экология», но и в результате освоения таких дисциплин, как «Философия», «Право», «Социология», «Современная инновационная экономика», «Безопасность жизнедеятельности», «Макроэкономика», «Экологический менеджмент» и др.

В ходе ее реализации студенты должны

знать:

–законы динамики развития биосферы;

–глобальные проблемы окружающей среды, экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы;

уметь:

–применять природоохранные мероприятия и ресурсосберегающие технологии;

–применять знание законодательства в области управления качеством окружающей среды;

владеть: экономическими методами регулирования природопользования.

Таким образом, компетентность выпускника вуза складывается из трех компонентов: 1) обучающиеся должны обладать высоким уровнем экологической культуры; 2) уметь использовать основные теоретические понятия в области экологии; 3) владеть методами и уметь принимать экологически правильные решения. Выработка «владений» невозможна без усвоения первых двух составляющих.

4

Природа не признает шуток; она всегда правдива, всегда серьезна, всегда строга; она всегда права; ошибки и заблуждения исходят от людей.

И.В. Гёте

Лекция 1 ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ. ЗАДАЧИ ЭКОЛОГИИ

НА СОВРЕМЕННОМ ЭТАПЕ

План лекции

1.1.Становление и развитие экологии как науки.

1.1.1.Основы науки экологии от античности до XX в.

1.1.2.Развитие экологических исследований в первой половине XX в.

1.1.3.Развитие экологии во второй половине XX в.

1.2.Принципы кибернетики, применяемые в экологии

1.3.Объекты экологических исследований

1.3.1.Организмы.

1.3.2.Популяции.

1.3.3.Сообщества: биоценозы, биогеоценозы, экосистемы, био-

сфера.

1.4.Предмет, проблемы, задачи экологии в настоящее время.

1.4.1. Рост численности человеческой популяции.

1.4.2.Конечность многих ресурсов на планете.

1.4.3.Кризис взаимоотношений человечества и окружающей среды или «экологический кризис».

1.5.Место экологии среди других наук, связь с другими науками, подразделения экологии.

1.5.1.«Правила» природопользования Барри Коммонера. Тестовые задания.

1.1. Становление и развитие экологии как науки

1.1.1. Основы науки экологии от античности до XX в.

Экология как наука не могла возникнуть и не возникла на пустом месте. Она имела свою предысторию, свои периоды интенсивного развития и застоя. В целом, говоря о становлении экологии на первом этапе, мы подразумеваем накопление знаний о свойствах живых организмов и, отчасти, неживой окружающей среды.

Человек на протяжении всей истории своего развития выстраивал отношения с внешней средой. В период первобытнообщинного строя люди использовали эмпирические знания о повадках потенциальной до-

5

бычи во время охоты и рыбной ловли, о местах произрастания и времени сбора растений, которые они употребляли в пищу или применяли в качестве лекарственных средств. Именно в этот период человек начал использовать огонь, как средство устрашения зверей и обогрева, то есть поддержания оптимальной температуры в жилище. Это суровое и опасное время характеризуется как период гармоничных отношений тогда еще не многочисленного биологического вида Homo sapiens (человек разумный) и суровой первозданной среды, его окружавшей. И действительно, первобытный человек брал от природы ровно столько, сколько было необходимо для поддержания жизни племени, и не использовал технологий, загрязняющих окружающую среду. Кстати, в настоящее время подсчитано, что первобытный человек в среднем тратил на удовлетворение своих потребностей примерно 8 часов в сутки, то есть столько, сколько и наши с вами современники.

Примерно 10–15 тысяч лет назад на нашей планете начало развиваться сельское хозяйство. В этот период в различных частях планеты (Китай, Индия, Южная Америка) были известны примитивные способы земледелия. В это же время накапливаются первые знания о свойствах неживой природы. Жители древнего Египта знали о, как мы сейчас говорим, цикличности изменения уровня воды в реке Нил, о том, что после половодья площади, используемые для выращивания сельскохозяйственных культур наиболее плодородны (за счет органического вещества, принесенного разлившейся рекой). В этот период отношения в системе Человек–Природа продолжают оставаться относительно гармоничными, но для занятия сельским хозяйством необходимы всё большие и большие территории, рост населения и повышение компактности его проживания в первых городах ведет к процветанию синантропных животных1, в том числе и тех, которые способны переносить инфекционные заболевания. В результате концентрации населения возникла проблема бытовых отходов, гигиены и санитарии. Вероятно, именно в это время закладываются основы явления, которое в настоящее время принято называть экологическим кризисом.

Во времена Античности получили развитие торговля и военное искусство. Из своих походов торговцы и военные привозили не только товары, но и образцы животных, растений, и минералов. Участники походов делились впечатлениями о посещенных местах, составляли примитивные географические карты. Ученые получили возможность сравнивать привезенные образцы с образцами местными, анализировать полученную информацию.

1 Жизненный цикл и распространение синантропных животных связано с человеком и его жилищем. В отличие от одомашненных животных, синантропные организмы или безразличны человеку, или наносят ему вред: тараканы, клопы, вши, мухи, голуби, грызуны.

6

Наиболее известны труды греческих философов, в частности, Аристотеля (384–322 до н.э.) – основоположника естествознания, автора первой системы Природы. Аристотелевская «Лестница Природы», в основе которой – постепенное развитие Природы от простого состояния к сложному, состоит из 6 ступеней: от минералов до человека. Аристотель является также основателем первого ботанического сада, описал более 400 видов растений и несколько сотен видов животных [4].

Считается, что в средние века развитие науки в целом, и биологических наук в частности, замедлилось. Тем не менее, и в этот период шло накопление знаний об окружающей среде, то есть подготавливалась основа для качественно нового осмысления системы Человек-Природа.

Мощным импульсом для развития естественных наук явилась публикация в 1859 г. трудов натуралиста и естествоиспытателя Чарльза Дарвина (1809–1882) «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». Теория естественного отбора Ч. Дравина во многом опиралась на принципы экологии. В его работах множество экологических примеров и обобщений, а такие работы как «Путешествие натуралиста вокруг света на корабле

"Бигль"», «Опыление орхидей», «Насекомоядные растения» и другие специально посвящены вопросам экологии и жизни сообществ живых организмов. Необходимо отметить, что Ч. Дарвин не является автором термина «экология», хотя все его работы по своей сущности экологические [64].

Автором научного термина «экология» стал известный немецкий ученый зоолог, эволюционист Эрнст Геккель (1834–1919). Впервые этот термин встречается во втором томе труда «Всеобщая морфология организмов», который увидел свет в 1866 г. Согласно Геккелю, «под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все условия существования». Сам термин состоит из двух греческих слов: oikos (дом)

и logos (изучать). Э. Геккель строил науку экологию на основании большого фактического материала, который накопила биология, и поэтому экология была ее составной частью. В понимании Геккеля, экология – это экология отдельных видов [67].

7

Термин «биосфера» (греч. bios жизнь, sphaira сфера, область) первым ввёл в 1875 г. австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831–1914). В буквальном переводе термин «биосфера» обозначает сферу жизни. Э. Зюсс в своей книге «Лик Земли», опубликованной спустя почти тридцать лет после введения термина (1909), не замечал обратного воздействия биосферы и определял ее как «совокупность организмов, ограниченную в пространстве и во времени и обитающую на поверхности Земли». В его понимании биосфера – это лик Земли, земные ландшафты [46].

1.1.2.Развитие экологических исследований

впервой половине XX в.

Экология окончательно сформировалась как самостоятельная наука лишь в начале двадцатого века. В это время экология интенсивно развивалась, были сформулированы ее фундаментальные законы. Мы приведем лишь основные, основополагающие, моменты развития этой науки.

В 1926 г. увидела свет монография русского ученого

Владимира Ивановича Вернадского (1863–1945) «Био-

сфера», в которой биосфера определяется как «живая оболочка» Земли. Учение В.И. Вернадского о биосфере представляет собой обобщение естественно-науч- ных знаний, оно вобрало в себя эволюционные взгляды Ч. Дарвина, периодический закон Д.И. Менделеева, теорию единства пространства и времени А. Эйнштейна, идеи о неразрывной связи живой и неживой природы многих отечественных и зарубежных ученых.

В.И. Вернадский впервые показал, что живая и неживая природа Земли тесно взаимодействуют и составляют единую систему [11].

Английский зоолог-эколог Чарлз Сазерленд Элтон (1900–1991) в 1927 г. выпустил книгу «Экология животных», в которой описал структуру и распределение сообществ животных, колебания численности, дисперсию, экологические сукцессии и сформулировал такие важнейшие понятия, как цепи и циклы питания, экологическая пирамида, пирамида чисел и экологическая ниша. В этой работе Ч. Элтон впервые дает представление о принципах популяционной экологии. Появле-

ние «Экологии животных» свидетельствует о том, что экология начала преподаваться как отдельный предмет в университетах.

8

В1931 г. русский зоолог Владимир Николаевич Бек-

лемишев (1890–1962) предложил теорию глобальной экологии – одну из первых гипотез теоретической глобальной экологии, рассматривавшую биосферу как единый организм. Беклемишев рассматривал живой покров планеты как целостную систему, обладающую механизмом тонкой саморегуляции, что позволяет поддерживать условия, благоприятные для жизни на Земле. Живой покров Земли всегда представлял организованное целое, существующее благодаря достаточно слаженному функционированию своих частей.

В1934 г. английский ботаник Артур Тенсли

(1871–1955) дает определение экосистемы как исторически сложившегося единства биоценоза (система растений, животных, грибов и микроорганизмов) и биотопа (неживой среды их обитания), окружающей среды, в которой они живут. А. Тенсли подчеркивал, что при таком подходе неорганические и органические факторы выступают как равноправные компоненты, и мы не можем отделить организмы от конкретной окружающей их среды. А. Тенсли рассматривал экоси-

стемы как основные единицы природы на поверхности Земли. Таким образом, экология стала наукой экосистем [9].

В1942 г. советский биолог и лесовод Владимир Ни-

колаевич Сукачев (1880–1967) создал учение о биогеоценозах. Биогеоценоз – это «кирпичик» биосферы, совокупность организмов, связанная взаимообменом вещества и энергии со средой, которую они населяют (воздух, почва, воды) В биогеоценозе В.Н. Сукачев выделял два блока: экотоп – совокупность условий абиотической среды и биоценоз – совокупность всех живых организмов [8].

В1942 г. американский ученый Раймонд Линдеман

(1915–1942) сформулировал правило «пирамиды энергии» (энергетической пирамиды) или «правило десяти процентов», согласно которому, в экосистеме на следующий трофический уровень переходит, примерно, 10 % вещества и энергии, а остальные 90 % рассеиваются в окружающей среде [7].

В1944 г. В.И. Вернадский разработал концепцию

ноосферы (от греческих слов noos разум, sphaira шар), определяя ее как новое состояние биосферы, при кото-

ром разумная деятельность человека становится решающим фактором ее развития.

9

Впервые курс экологии в СССР подготовили и читали в 50-х гг. ХХ в. в Томском государственном университете – старейшем университете азиатской части Советского Союза. Автором курса стал ихтиолог, доктор биологических наук, профессор Бодо Германович Иоганзен (1911–1996). В 1959 г. им было издано первое в стране учебное пособие по основам экологии, которое в течение 20 лет было единственным по этому курсу [20].

1.1.3. Развитие экологии во второй половине XX в.

Во второй половине двадцатого столетия происходит становление общей экологии как науки, со своей методологией, теорией, целями и задачами. Это время совпало с наиболее интенсивным развитием человеческого общества и, как следствие, с мощным развитием добывающих и перерабатывающих отраслей промышленности, транспорта, новых ин-

формационных технологий, с развитием процесса глобализации в целом. Все это, в итоге, привело к деградации экосистем, накоплению отходов производства и потребления. На смену парадигме, образно определенной фразой русского биолога и селекцио-

нера Ивана Владимировича Мичурина (1855–1935)

(кстати, неправильно понятой современниками, вырвавшими фразу из контекста) «Мы не можем ждать милостей от природы; взять их у нее – наша зада-

ча» пришло осознание того, что в природе всё взаимосвязано, непосредственно или опосредовано. Кроме этого, утверждается всё большее понимание, что Человек это не

царь природы, а составная её часть. При изучении экологических систем начинает применяться системный подход.

Экологов всё больше интересует динамика экосистем самого различного уровня в условиях антропогенного пресса, а также изыскание возможных путей нейтрализации таких последствий. Вполне вероятно, именно в результате активности профессиональных экологов в этом направлении в последние десятилетия термин «Экология» в общественном сознании стал эквивалентен термину «Охрана окружающей среды».

Следует ясно понимать, что «Экология» и «Охрана окружающей среды» это различные сферы деятельности человека. Поэтому, когда в средствах массовой информации говорят, что «в населенном пункте ИКС плохая экология», это не означает, что в городе ИКС существуют большие проблемы с организацией и финансированием экологических

10