ББК 57.026 Э 40

Рецензенты: кафедра экологических основ природопользования Санкт-Петербургского технического университета, зав. кафед­рой д-р техн. наук, проф. М. П. Федоров;

Международный центр «Биоэкологический контроль», ген. директор, д-р биол. наук, проф. Э. И. Слепян

Авторы: Л. И. Цветкова, М. И. Алексеев,

Ф. В. Кармазинов, Е. В. Неверова-Дзиопак,

Б. П. Усанов, Л. И. Жукова Э 40

ЭКОЛОГИЯ: Учебник для технических вузов / Л. И. Цветкова, М. И. Алек­сеев и др.; Под ред. Л. И. Цветковой. - М.: Изд-во АСВ, СПб.: Химиздат, 2001. - 552 с: ил. - ISBN 5 - 93093 - 096 - 1

Второе, дополненное и переработанное, издание первого российского учебника по экологии для студентов высших учебных заведений технических направлений и специальностей, лауреат конкурса Госкомвуза России 1998 г. по созданий учебников нового поколения. Содержит сведения об истории становления экологии как самостоятельной науки; о предмете экологии -экосистемах; о месте и роли Человека в биосфере; об экологических прин­ципах, экономике и нормативно-правовой основе рационального природополь­зования; о глобальных моделях будущего развития и стратегии взаимодействия общества и природы; о принципах международного сотрудничества.

Составлен в соответствии с Госстандартом дисциплины «Экология» (ЕНФ-05) и на основе примерной программы, рекомендованной Главным управлением образовательно-профессиональных программ и технологий Гос­комвуза РФ (550 000 - технические науки).

Предназначен для студентов и преподавателей вузов технических на­правлений и специальностей, а также для широкого круга руководящих, научных и практических работников.

Табл. 31. Ил. 147. Библиогр.: 89 назв.

„ 20010500000

Э Без объявл. ББК 57.026

050(01 )-99

ISBN 5 - 93093 - 096 - 1 © Л. И. Цветкова, М. И. Алексеев,

Ф. В. Кармазинов, Е. В. Неверова-Дзиопак, Б. П. Усанов, Л. И. Жукова, 2001 © А. П. Малиновская, художник, 2001 © О. Л. Малиновская, дизайнер, 2001

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие ко второму изданию 6

Введение13

Часть I. Основы общей экологии

Глава 1. История экологии

1. Зарождение основ экологии 18

2. Появление науки экологии 24

3. Современная экология 28

Контрольные вопросы 35

Глава 2. Экосистемы - предмет экологии

1. Предмет экологии 38

2. Свойства и функции экосистем 46

3. Саморегуляция и стабильность экосистем 56

4. Экологические сукцессии 64

5. Примеры экосистем 71

Контрольные вопросы 85

Глава 3. Энергия в экосистемах

1. Преобразование энергии в экосистемах 88

2. Потоки энергии в пищевых цепях 102

3. Использование энергии 116

Контрольные вопросы и упражнения 128

Глава 4. Круговорот веществ

1. Глобальный круговорот веществ 132

2. Циклы газообразных веществ 138

3. Осадочные циклы 149

4. Возврат веществ в круговорот 159

Контрольные вопросы164

Глава 5. Экологические факторы

1. Среда обитания и условия существования 168

2. Экологическая пластичность 182

3. Лимитирующие факторы 186

з

4. Взаимодействие и компенсация факторов 192

5. Антропогенные лимитирующие факторы 196

Контрольные вопросы 201

Глава 6. В. И. Вернадский о биосфере

1. Биосфера - живая оболочка Земли 204

2. Биосфера и космос 213

3. Живое вещество 216

4. Эволюция биосферы 221

Контрольные вопросы 229

Глава 7. Методы изучения экосистем

1. Натурные наблюдения, и эксперименты 232

2. Моделирование 238

3. Схема системного исследования 249

Контрольные вопросы 255

Часть II. Основы прикладной экологии

Глава 8. Глобальные экологические проблемы

1. Демографические проблемы 258

2. Энергетические проблемы 272

3. Загрязнение воздуха 288

4. Загрязнение воды 304

5. Деградация наземных экосистем 316

Контрольные вопросы 325

Глава 9. Окружающая среда и здоровье человека

1. Состояние биосферы и болезни 328

2. Биологические факторы риска 331

3. Химические факторы 335

4. Физические факторы 340

5. Добровольный риск 350

Контрольные вопросы359

Глава 10. Основы права и нормирование качества окружающей природной среды

1. Основы экологического права 362

2. Гигиеническое нормирование 374

3. Экологическое нормирование 388

4. Регламентация выбросов загрязнений

в окружающую среду 400

Контрольные вопросы и упражнения 411

Глава 11. Экологические принципы охраны природы

1. Мониторинг 414

2. Экономические аспекты охраны природы 430

3. Инженерная защита окружающей среды 446

4. Принятие решений и управление 468

5. Международное сотрудничество 473

Контрольные вопросы 483

Глава 12. Стратегия взаимодействия общества и природы

1. Конфликт между обществом и природой 486

2. Концепции и глобальные модели будущего мира 491

12.3. Программа на XXIвек 500

Контрольные вопросы 511

Заключение 512

Список использованной литературы 518

Основные термины и понятия 523

Список аббревиатур 545

Об авторах 548

AboutAuthors550

4

Предисловие ко 2-му изданию

Авторы благодарны всем рецензентам и, в первую очередь, коллективу кафедры экологических основ природопользования Санкт-Петербургского государственного технического универ­ситета: зав. кафедрой д-ру техн. наук, проф. М. П. Федоро­ву, канд. биол. наук, доц. Н. Н. Ролле, канд. биол. наук, доц. М. Б. Шилину, д-ру биол. наук, проф. Э. И. Слепяну и др.

Чрезвычайно полезными были отзывы и замечания специа­листов, поступившие после выхода в свет первого издания учеб­ника: академика РАН К. Я. Кондратьева, д-ра техн. наук, проф. А. А. Музалевского, д-ра биол. наук, проф. Государ­ственной лесотехнической академии В. А. Соловьева, зав. ка­федрой промышленной экологии Московского государствен­ного индустриального университета проф. Е. А. Резчикова и др., которым авторы также очень признательны.

Рецензенты отметили, что дискуссионный характер некоторых положений вполне оправдан стремительным развитием науки экологии на современном этапе. Они обратили внимание на необходимость создания в будущем единой терминологии, кото­рая облегчала бы взаимопонимание специалистов естественно­научных и технических направлений.

Авторы считают необходимым подчеркнуть, что в издании учебника неоценимую помощь оказало ГУП «Водоканал Санкт-Петербурга», без поддержки которого ни первое, ни второе издание книги было бы невозможно. Кроме того, авторы благо­дарят сотрудников АО «Балтвод» и кафедры водоотведения и экологии СПб ГАСУ за помощь, оказанную при подготовке учебника к изданию.

Мы будем признательны читателям за отзывы, пожелания, критические замечания и полезные советы.

ВВЕДЕНИЕ

Во второй половине XX столетия слово экология стало модным. Любой исследователь или специалист, желающий быть современ­ным, занимается экологией. Но экологические проблемы, кото­рые интересуют биолога, отличаются от проблем, рассматривае­мых физиком, инженером, экономистом, юристом или социоло­гом. Каждый из них вкладывает в это слово до такой степениразличный смысл, что непосвященному человеку трудно определить, чем занимается экология и что это за наука?

Термин ЭКОЛОГИЯ(гр.oikos -дом,жилище,родина,logos - учение,наука)

ввел в 1 866 г. немецкий биолог Эрнст Геккель, который выделил в самостоятельную науку и назвал этим словом раздел биологии, изучающий совокупность взаимосвязей между живыми и неживыми компонентами природной среды.

Экология имеет общий корень со словом экономика, кото­рое буквально означает «искусство ведения домашнего хозяй­ства». К сожалению, экономика иногда вступает в противоречие с экологией. Стремясь к сиюминутным экономическим выгодам, человек невольно разрушает свой природный дом.

Среди различных материальных «домов», где живет человек, экология имеет дело с величайшим из них - биосферой.

Биосфера (гр. bids - жизнь, sphaira - поверхность шара) - ЭТО ЖИВОЯ

оболочка Земли, т. е. система живых организмов и среды, которая функционирует и развивается как единое целое. Орга­низмы не только приспосабливаются к среде обитания, но и приспосабливают среду к себе, образуя вместе сложную систе­му регуляции условий, обеспечивающих жизнь на планете. Именно организмы сыграли основную роль в формировании геохими­ческой среды Земли, благоприятной для их существования.

Из всех живых организмов человек более других пытается изменить природу, используя и приспосабливая ее к своим нуждам. С развитием науки и техники люди получают все более мощные

13

Введение

Введение

орудия воздействия на природу. Это позволяет им вторгаться в микро- и макромиры, во все процессы, протекающие в биосфере. Вот что писал В. И. Вернадский еще в 1925 г.: «Человек уничтожил девственную природу. Он внес в нее массу неизвестных ранее химических соединений и форм жизни - культурных пород живот­ных и растений. Он изменил течение всех геохимических реакций.Лик планеты стал новым и пришел в состояние непрестанных потря­сений».

В своей деятельности человек, как правило, не осознает, что нарушает закономерности протекания природных процессов, вызыва­ет нежелательные для себя изменения и не предвидит последствия.

До некоторых пор природные механизмы саморегуляции биосфе­ры компенсировали возмущающие антропогенные (гр. anthropos - чело­век, genos - происхождение) воздействия, однако, на современном этапе развития планеты система производства и размах человеческой деятельности достигли масштабов, сопоставимых с масштабами природных явлений. По словам В. И. Вернадского, «человечество стало геологической силой, сравнимой с силами самой природы».Действительно, подземные ядерные взрывы по мощности сравнимы со слабыми и средними сейсмическими толчками; аварии на атом­ных электростанциях; утечки ядовитых веществ на химических за­водах; потери вредных веществ при транспортировках и хранении и т. п. - все эти техногенные катастрофы, не говоря уже об угрозеядерной войны, вполне сопоставимы с крупными природными катак­лизмами.

Разрушительная деятельность человека уже сейчас часто пре­вышает возможности биосферы компенсировать антропогенные воздействия и порождает конфликт между обществом и природой, создает проблемы, которые получили название экологических.

В последний, наиболее краткий период своей истории чело­вечество достигло такой численности и приобрело такую техно­генную мощь, что стало представлять потенциальную опасность для жизни на Земле. Экологический кризис - это не только угроза дикой природе и загрязнение. Кризис касается и самих людей и

14

ставит вопрос о том, что мы должны изменить в себе, чтобы выжить.

Эволюция природных процессов и явлений, в том числе и человека, в конечном счете вызвала озабоченность мирового сообщества судьбой биосферы, представляющей собой ныне нераздельное единство природных, техногенных и духовных эле­ментов. Поэтому угроза существованию земного дома связана с угрозой разрушения и дома духовного.

Изучение экологии отличается от изучения других дисциплин, например, химии, биологии, математики, гидравлики или эконо­мики. Почему? Потому, что это междисциплинарная наука, требу­ющая знания естественных (биология, геология, химия, физика, география и др.), технических (безотходые технологии, мате­риаловедение, энергетика и др.) и социальных (экономика, поли­тика, этика и др.) наук для понимания общих закономерностей природных, техногенных и социальных глобальных процессов и нашей роли в этом мире.

Решение экологических проблем требует огромной работы во всех областях науки и техники. И теоретическим фундамен­том всей природоохранной деятельности является наука эколо­гия. Только знание объективных законов развития природных, техногенных и социальных процессов позволит поладить с приро­дой и разрешить социальные конфликты. Природоохранные меро­приятия, не обоснованные научно, бесполезны, а иногда даже вредны, как в экологическом, так и в экономическом отношении, а их реализация создает лишь иллюзию защиты природы и здо­ровья человека.

Экологические проблемы являются общечеловеческими, так как биосфера не признает государственных границ. Общече­ловеческие проблемы порождают и общечеловеческие задачи. Сохранить жизнь на Земле - более важной задачи перед челове­чеством не стоит.

Фундаментальные естественнонаучные дисциплины в техничес­ких вузах традиционно были представлены лишь физико-математи-

15

Введение

ческими и химическими науками, такими как математика, физи­ка, химия, информатика, теоретическая механика и т. п. Теперь в цикл этих дисциплин введена экология, так как в современных условиях необходима ликвидация пробела в фундаментальном образовании с целью повышения экологической грамотности в контексте общечеловеческой культуры и цивилизации.

Новая дисциплина для студентов технических направлений и специальностей призвана:

• познакомить студентов с основами фундаментальной эко­логии;

• изменить природопотребительскую психологию людей;

• способствовать формированию экологического мировоззре­ния и представлений о человеке как части природы;

• научить видеть последствия влияния профессиональной дея­тельности на окружающую среду и здоровье человека;

• убедить в необходимости научно обосновывать природоох­ранные мероприятия;

• научить находить пути компромисса между экономическими и экологическими интересами людей;

• помочь осознать ценность всего живого и невозможность выжи­вания человечества без сохранения биосферы;

- попытаться научить переводить первозданные природные богатства в категорию экономических ценностей.

Авторы не считают, что целью обучения является усвоение максимально большого объема информации. Полезнее научить­ся «просеивать» горы информации и различных точек зрения на события, чтобы найти правильные решения локальных, нацио­нальных и глобальных проблем. Авторы не претендуют на исклю­чительность предложенных ими концепций. Студенты могут не всегда соглашаться с тем, что излагается в учебнике, но они должны научиться обосновывать свою позицию.