Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭКОЛОГИЯ

(учебник для старших классов школы)

Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова

М.: Устойчивый мир, 2001

СЛОВО К ШКОЛЬНИКУ

На вашу долю выпала нелегкая судьба - принять участие в историческом процессе возрождения своей Родины. Новая Россия должна быть страной не только демократической и богатой, но и экологически чистой: без загрязняющих атмосферу заводских труб, без варварской эксплуатации лесов и почв, с озерами и реками, не отравляемыми неочищенными стоками. Лишь при восстановлении и сохранении природы возможно процветание общества.

Сегодня мы далеки от этого идеала, но положение наше не безнадежно. Есть страны, например ФРГ и Япония, добившиеся замечательных успехов в сохранении природы в значительно более трудных условиях - при меньшей обеспеченности природными ресурсами и при большей плотности населения. Их опыт показывает, что можно развивать современную промышленность, иметь продуктивное сельское хозяйство и при этом охранять природу.

На долю вашего поколения выпадает решение основных задач экологического оздоровления России. И для этого надо изучать экологию.

Чтобы улучшить экологическую ситуацию, нужны знания и средства, причем часто очень большие (именно потому самые большие успехи в охране природы - у богатых стран). Никакие крупные затраты на исправление экологических ошибок не дадут результата, если нет научно обоснованного плана действий, и никакой самый грамотный, «семи пядей во лбу», ученый-эколог ничего не сможет сделать, если не будет средств, чтобы реализовать его проект. Чем богаче и экологически грамотнее мы будем, тем скорее вылечим Россию от тяжелых экологических болезней. Уже начались годы экономического подъема, и чтобы использовать его на благо природы, сегодня каждому гражданину России нужны экологические знания.

Освоение этого предмета поможет вам научиться экологически мыслить. Вы почувствуете себя ответственными за отношения Человека и Природы, сможете оценивать причины неблагоприятной экологической обстановки на месте будущей работы, в селе или городе, в регионе, в России, в мире.

Знания в области экологии необходимы каждому человеку также, как умение читать, писать и считать. Но как для литературной работы нужны специалисты-филологи, а для математических расчетов - специалисты-математики, так и для принятия серьезных экологических решений нужны специалисты-экологи.

Специалист-эколог в любом объекте использования - водоеме, лесном массиве, поле, селе или городе - видит единство организмов и условий их жизни, называемое экологической системой (экосистемой). Он принимает решения о том, как уменьшить вред природе от воздействия человека, как перейти от эксплуатации природы к сотрудничеству с ней на основе учета сложных процессов, протекающих в этой экосистеме.

Мы надеемся, что среди тех, кто начинает изучать экологию по этому учебнику, есть и будущие экологи-профессионалы. Эколог - это интересная, нужная и благородная профессия!

Наш учебник похож на гору с тремя смотровыми площадками, расположенными на разной высоте. Если вы освоите обязательный материал (контрольные вопросы к нему выделены ??синим) и тем самым познаете азы экологии, то сможете взглянуть на мир с первой «смотровой площадки». С нее видно многое, но далеко не все.

Если вам станет интересно и вы разберетесь в дополнительном материале (контрольные вопросы к нему выделены ??красным, а кроме того, в оглавлении параграфы, относящиеся к дополнительному материалу, помечены ??красным значком), то окажетесь на второй «смотровой площадке», и для вас горизонты экологии расширятся.

Ну, а если вы освоите и справочный материал (он выделен ??зеленым цветом), а главное - почитаете рекомендованную дополнительную литературу (и книги о рациональном природопользовании и охране природы, которые издаются в вашей республике или области) и выполните индивидуальные задания по каждой главе, то поднимитесь на третий уровень и обретете довольно широкую экологическую эрудицию. С «третьей смотровой площадки» вам прямая дорога в профессиональные экологи, которых готовят в университетах, педагогических институтах и других вузах.

Подняться на каждый из трех уровней можно не только учащимся, но и их родителям. Поэтому предложите почитать им этот учебник. Ведь в школах экологию преподают сравнительно недавно, и они во время учебы в школе (и вузе тоже) могли не получить экологических знаний.

Успехов вам в изучении экологии и использовании полученных знаний в практической жизни!

ЧАСТЬ 1. ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ

Глава 1. ЧТО ИЗУЧАЕТ ЭКОЛОГИЯ?

Изучение экологии мы начнем с истории этой науки, возникшей как биологическая дисциплина об отношениях организмов и условий среды. Однако со временем экология разрослась в широкий комплекс из многих наук, большая часть которых изучает отношения с природой всего одного биологического вида - человека.

§ 1. Экология - наука XX века

Экология (от греческих слов ойкос - дом и логос - учение) - наука о взаимоотношениях организмов и условий среды. Основным объектом экологии является экосистема - совокупность организмов (животные, растения, грибы, бактерии) и среды их обитания. Кроме того, экология изучает и группы организмов одного вида, входящие в экосистемы, - популяции, и отношение к среде отдельных организмов.

Такое название науке дал Э. Геккель в 1866 г. Однако изучением этих взаимоотношений ученые занимались с давних времен, задолго до того, как Геккель «придумал» экологию. Любой натуралист - исследователь растений или животных - всегда не только ботаник или зоолог, но и эколог. Великими экологами прошлого можно назвать шведа К. Линнея (1707-1778), французов А.Л. Лавуазье (1743-1794) и Ж.Б. Ламарка (1744-1829), немца А. Гумбольдта (1769-1859), англичан Т. Мальтуса (1766-1834) и Ч. Дарвина (1809-1882).

Карл Линней создал удобную для практического использования классификацию видов растений и животных и систематизировал сведения об условиях жизни разных видов. Он писал об «экономике природы» и первым сформулировал представления об экологическом равновесии в природе.

Антуан Лавуазье (химик по основной специальности) в 1773 г. сформулировал представления о круговороте веществ в природе и выделил три группы организмов, которые в современном понимании соответствуют продуцентам, консументам и редуцентам.

Жан Батист Ламарк первым высказал мысль о том, что все живое и неживое на нашей планете составляет единое целое - биосферу, и предупредил человечество о возможных последствиях влияния человека на природу. Вот как звучало его мрачное пророчество: «Можно, пожалуй, сказать, что назначение человека как бы заключается в том, чтобы уничтожить свой род, предварительно сделав земной шар непригодным для обитания».

Александр Гумбольдт сформулировал представления о жизненных формах растений, то есть типах внешнего облика, отражающего условия среды обитания, и выявил широтную и высотную зональность в распределении животных и растений. Как и Ламарк, он подходил к идее биосферы - говорил о единстве всего живого, населяющего планету.

Томас Мальтус (священник) был первым популяционным экологом - математически описал закономерности роста числа организмов одного вида. Вслед за Ламарком он дал прогноз возможных тяжелых последствий хозяйственной деятельности человека, если его численность будет увеличиваться без предела и произойдет перенаселение.

Чарлз Дарвин, опираясь на идеи Линнея и Мальтуса, создал учение об естественном отборе, который исключает перенаселение в природе за счет отмирания более слабых особей. Он объяснил отличие естественного отбора в природе, когда преимущество получает самый приспособленный организм, от искусственного отбора, который проводит человек при выведении сортов растений и пород животных. Искусственный отбор человек ведет исходя из полезности растений и животных. В результате отобранные им организмы теряют приспособленность к природным условиям.

В ХХ в. экология развивалась особенно бурно. В это время различные вопросы теории экологии разрабатывали В. Вольтерра (1860-1940), Р. Пирл (1879-1940), Р.Л. Линдеман (1915-1942), Ф. Клементс (1874-1945), А.Дж. Лотка (1880-1949), А. Тенсли (1871-1955), Р. Макартур (1930-1972), Р. Уиттекер (1920-1981), Ч. Элтон (1900-1991), Дж. Э. Хатчинсон (1903-1991) и многие другие.

Для развития экологии немало сделали русские ученые. Основы сельскохозяйственной экологии заложили А.Т. Болотов (1738-1833) и Н.И. Вавилов (1887-1943). К.Ф. Рулье (1814-1856) сформулировал принцип единства организма и условий среды. В.В. Докучаев (1846-1903) создал теорию почвообразовательного процесса. В.И. Вернадский (1864-1945) развил идеи Лавуазье, Ламарка и Гумбольдта и создал целостное учение о биосфере, показав геологическую роль, которую сыграли живые организмы в преобразовании нашей планеты. В.Н. Сукачев (1880-1967) создал учение, об однородных наземных экосистемах - биогеоценозах.

Заметный вклад в развитие экологии внесли Г.Ф. Гаузе (1910-1986; эксперименты с инфузориями, позволившие сформулировать основные положения концепции экологической ниши), Г.Г. Винберг (изучение продуктивности водных экосистем), Л.А. Зенкевич и В.Г. Богоров (первая карта распределения первичной биологической продукции океанов).

Зоологи Д.Д. Кашкаров (1878-1941) и В.В. Станчинский (1882-1942) много сделали для организации заповедного дела в СССР, обосновав необходимость сохранения экосистем заповедников как эталонов девственной природы.

Н.Ф. Реймерс (1931-1993) написал монографии и составил справочники по широкому кругу вопросов экологии, которые играют важную роль в становлении экологического образования в стране.

Н.Н. Моисеев (1917-2000) сформулировал представления о коадаптации (взаимном приспособлении) человека и биосферы и возможности ее квазиустойчивого («почти устойчивого») состояния при построении общества устойчивого развития.

А.М. Гиляров внес вклад в разработку вопросов истории экологии, популяционной экологии и школьного экологического образования. Он был инициатором издания и редактором многих переводных книг по экологии.

Вплоть до середины ХХ в. экология была равной среди прочих наук, такой же, как физика, химия, ботаника или зоология. Роль экологии резко возросла во второй половине нашего столетия, когда о ней заговорили не только ученые, но и общественные деятели - политики, писатели. К этому времени начали сбываться прогнозы Ламарка и Мальтуса, и взаимоотношения человека и природы стали опасными. Население планеты увеличивается, растут промышленные гиганты, по дорогам, густой сетью опутавшим планету, мчатся миллионы автомобилей, в воздухе летают скоростные лайнеры. Все это загрязняет окружающую среду.

В результате хозяйственной деятельности человека истощаются запасы ископаемых ресурсов - нефти, угля и разных руд, теряют плодородие почвы, на которых выращиваются сельскохозяйственные культуры, вырубаются леса, мелеют реки, исчезает множество видов растений и животных.

Появился новый опасный фактор - радиационное загрязнение среды отходами атомных электростанций.

История планеты Земля и история человечества по продолжительности несопоставимы. Если ускорить историю планеты в 5 миллиардов раз и приравнять время ее существования к одному году, то окажется, что человек родился 31 декабря в 16 часов, сельским хозяйством начал заниматься в 23 часа 58 минут, а весь период научно-технической революции, когда его влияние на природу стало особенно пагубным, составил всего 2 секунды. Но эти секунды истории планеты - трагические. И только с помощью экологии можно дописать сценарий счастливого продолжения истории человечества и указать путь к экологически обустроенному обществу устойчивого развития, в котором природопользование рационально и значительная часть экосистем охраняется. Такое общество не истощает ресурсы, не загрязняет окружающую среду, охраняет биологическое разнообразие (виды растений, животных, грибов и других организмов). И процветание одного поколения не лишает такой же возможности поколений потомков.

Контрольные вопросы

1. Какие ученые внесли большой вклад в развитие экологии?

2. В чем состоит вклад в экологию русских ученых?

3. Почему экология в конце ХХ столетия стала важнейшей наукой?

§ 2. экологические проблемы России

На уроках географии России вы знакомитесь с разнообразием природных условий, административной организацией и основными особенностями хозяйства нашей страны. Это гигантская территория, в составе которой - равнины, горные системы, крупные и мелкие реки, тысячи озер. На территории страны - огромные массивы лесов и плодородной пашни. Россию омывают богатые морскими ресурсами и удобные для судоходства моря трех океанов - Северного Ледовитого, Атлантического, Тихого и внутреннее Каспийское море. В недрах России - нефть, газ, уголь, железная руда и десятки видов других полезных ископаемых, которые позволяют обеспечить сырьем современное промышленное производство.

И при всем этом, в России сложилась неблагоприятная экологическая ситуация. Дело в том, что долгое время стратегию природопользования в Российской Федерации как части СССР определяли, думая только о том, как выполнить план одного года или в лучшем случае - пятилетки. Руководители страны полагались на «неисчерпаемость» ресурсов России и беспощадно эксплуатировали ее недра, леса, почвы. Реальный уровень загрязнения окружающей среды промышленными выбросами утаивался, последствия крупных экологических катастроф, которые привели к радиоактивному или химическому загрязнению обширных регионов, скрывались (рис. 1).

Сооружались гигантские электростанции (Куйбышевская, Волгоградская) на реке Волге. В результате был нарушен естественный речной сток, и под рукотворными морями потеряны миллионы гектаров плодородной пашни и высокоурожайных лугов. Промышленные предприятия и города сбрасывают в Волгу большое количество плохо очищенных сточных вод. Ценные виды рыбы (в том числе осетровые) гибнут. Экосистема великой реки находится на грани катастрофы. Разрушаются под влиянием загрязнения и экосистемы великих русских озер - Ладоги и Байкала.

Россия была пионером атомной энергетики. Однако недостаточная надежность проектов атомных электростанций и хранилищ выработанного радиоактивного топлива стала причиной страшных катастроф в Чернобыле и Кыштыме. Эти катастрофы унесли тысячи жизней и сделали огромные территории на сотни лет непригодными для жизни людей.

Завышенная оценка способности природы самоочищаться от промышленного загрязнения стала причиной недальновидной политики территориального размещения производств и чрезмерной концентрации промышленности в ряде городов России (Кемерово, Нижний Тагил, Стерлитамак, Уфа, Челябинск, Красноярск, Братск и др.). В настоящее время ситуация в этих городах ухудшилась: обновление устаревшего и изношенного оборудования на предприятиях проводится медленно. В результате в атмосферу и воду ежегодно выбрасывается огромное количество загрязняющих веществ (на одного человека в среднем приходится 0,5 т веществ, загрязняющих атмосферу, и 20-30 м3 плохо очищенных сточных вод).

Более половины территории России занято лесами, составляющими одно из главных богатств нашей страны, но сегодня они истощены интенсивными рубками в районах лесозаготовок, приближенных к транспортным магистралям. Леса из ценных хвойных пород - ели, пихты и сосны сменяются малоценными мелколиственными из осины, березы, ольхи. Сокращается поголовье пушных зверей, в особенности соболя, уменьшаются запасы кедрового ореха и целебных ягод: брусники, черники, клюквы.

Разработка месторождений нефти и газа в Сибири и строительство трубопроводов для их транспортировки разрушили миллионы гектаров экосистем тундры и лесотундры. Трубопроводы перекрыли естественные пути миграции оленей, разлитая нефть загрязнила реки, озера, большие массивы тундры и тайги.

Нерациональное использование земель стало причиной развития эрозии почв, которая снижает их плодородие. Чрезмерно высокое поголовье скота ухудшило состояние пастбищ во всех природных зонах - от тундры до полупустыни.

Немало сложных экологических проблем возникло в морских акваториях из-за их загрязнения при добыче нефти в зоне прибрежного шельфа, захоронении отходов, сбросе в моря промышленных и коммунальных стоков крупных городов. Нерациональный вылов морской рыбы истощил ресурсы этого ценнейшего продукта питания человека.

Быстро снижается биологическое разнообразие природы России - гибнут экосистемы лесов, тундр, болот, каждый десятый вид растений и животных находится на грани исчезновения, и список этих видов растет. В то время как экономически развитые страны отводят до одной трети своей площади под охраняемые территории, их доля в РФ составляет чуть больше 5% (в СССР охранялось не более 1%). При этом значительная часть этой территории охраняется неэффективно. Впрочем, в последние 10-15 лет количество и площадь заповедников, национальных парков и других особо охраняемых природных территорий в России начали увеличиваться.

Нерациональное (истощительное) природопользование снижает прибыльность многих отраслей хозяйства и понижает качество среды обитания человека, в результате чего ухудшается здоровье населения России. Из-за загрязнения токсичными веществами атмосферы, воды, продуктов питания сокращается продолжительность жизни человека. Рост числа больничных коек не может догнать возрастающего числа больных. Особенно серьезно сказывается неблагоприятная экологическая обстановка на здоровье детей.

Кроме региональных бед экологическую ситуацию ухудшают глобальные процессы. Происходит постепенное увеличение концентрации диоксида углерода (углекислого газа) в атмосфере и потепление климата, появляются «дыры» в озоновом экране, задерживающем губительные для жизни ультрафиолетовые лучи. Западные ветры приносят из Европы воздушные массы, загрязненные промышленными выбросами.

Сложную экологическую ситуацию, которая сформировалась в России за десятилетия истощительного природопользования, нельзя улучшить за несколько месяцев и даже за несколько лет. Нужны годы упорного труда, большие вложения средств и хорошо продуманная программа, устанавливающая очередность модернизации экологически опасных производств, строительства мощных очистных сооружений и т.д. Всем нам придется еще потерпеть и не стремиться решать свои региональные проблемы в первую очередь, не относиться к экологически опасным, но нужным для хозяйства страны производствам по принципу «только не у нас». Именно поэтому Правительство России разработало специальную долгосрочную программу «Экологическая безопасность России», а также приняло «Концепцию перехода Российской Федерации к устойчивому развитию».

Контрольные вопросы

1. Какие последствия нерационального природопользования проявляются сегодня на территории России?

2. Назовите основные причины тяжелого экологического положения России?

Справочный материал

Российская Федерация унаследовала экологические беды, связанные с бесхозяйственным использованием ресурсов и энергии в СССР. Население страны составляло всего 6,7% от населения земного шара, а на его долю приходилось 16% мирового производства электроэнергии, 22 - стали, 27 - нефти, 42% - природного газа. Железной руды в СССР добывалось почти в 5 раз больше, чем в США, и в 5 раз больше выпускалось тракторов. На пастбищах паслось в два с лишним раза больше коров, чем в США, но продукции они давали меньше: среднесуточные удои были в 2,5, а привесы - в 4 раза ниже.

При этом производство было не только ресурсо- и энергоемким, но и грязным. На тысячу долларов стоимости национального продукта в СССР выбрасывалось в атмосферу 19 кг опаснейшего атмосферного загрязнителя - оксида серы (сернистого газа), в США - 7, а в Японии - всего 1 кг.

Полезные ископаемые добывались с огромными издержками. Так, в Западной Сибири к 1991 г. было добыто 5,5 млрд. т нефти, при этом разлито 100 млн. т. Нефтяники не просто потеряли 2% топлива, а вызвали экологические катастрофы во многих экосистемах районов нефтедобычи. При разработке Курской магнитной аномалии был вырыт карьер глубиной 500 м и длиной 500 км.

Далеко не столь благоприятно, как считалось во времена существования СССР («наша страна - самая богатая всеми природными ресурсами»), складывается в России ситуация с обеспечением сырьевыми ресурсами. Запасы нефти «выработаны» более, чем наполовину, что удорожает добычу этого важнейшего энергоносителя. В два раза снизилась добыча каменного угля. Добыча урана составляет сегодня примерно 50% количества, необходимого нашим АЭС. Вследствие истощения ресурсов в два раза снизилась добыча апатитов - основного сырья для производства фосфорных удобрений. Обеспеченность ресурсами во многом ухудшается и потому, что наша страна экспортирует около 30% нефти и газа, более 80% никеля, алюминия и меди, что дает до 70% ее валютной выручки.

После распада СССР Российская Федерация лишилась месторождений хрома и марганца - металлов, которые необходимы для производства высококачественной стали.

Самая богатая лесом страна - Россия находится на 47-м месте в мире по производству бумаги. Леса европейской части России истощены чрезмерными рубками, и карельские бумажные комбинаты работают на привозном сырье из Сибири и Сахалина.

К моменту распада СССР Российская Федерация по демографическим показателям и качеству здоровья населения значительно уступала развитым странам. К концу 90-х гг. вследствие реформ и ухудшения социально-экономического положения значительной части населения ситуация ухудшилась еще больше. В 1995 г. средняя продолжительность жизни мужчин составляла 59 лет, а женщин - 72 (для сравнения: эти же показатели в США - 72 и 74, а в Японии - 76 и 83 года).

Младенческая смертность в Российской Федерации приближается к 20 на тысячу родившихся (в США - 9, в Японии - 4). Особенно неблагоприятна демографическая ситуация в Восточной Сибири, где средняя продолжительность жизни населения на 5 лет меньше, чем в Центрально-Черноземной области.

Ухудшилось качество здоровья населения. Увеличилось число больных как «обычными» болезнями (заболевания сердечно-сосудистой, пищеварительной, дыхательной системы), так и особо опасными. Заболеваемость туберкулезом в РФ в 17 раз выше, чем в США, а число больных сифилисом по сравнению с периодом перед реформами возросло в 60 раз (в том числе резко увеличилось число больных среди детей школьного возраста). Возросло число больных раком.

В результате Чернобыльской катастрофы дозу облучения получило 20 миллионов человек; все, кто получил высокую дозу радиации в течение часа, умерли (примерно 4 тысячи человек).

В последние годы наметились и некоторые положительные тенденции в природопользовании. Так, за период с 1991 по 1998 гг. общее количество воды, которая используется в России, снизилось со 120 до 90 км3 (при этом доля подземных вод составляет 14%). Промышленность расходует около 60% воды, сельское и коммунальное хозяйство - по 20%. Объем сбрасываемых загрязненных вод уменьшился в 2 раза. Выброс загрязняющих веществ в атмосферу в разных регионах сократился на 5-13% (хотя выбросы оксида азота ввиду роста автомобильного парка увеличились).

§ 3. Структура экологии

Экология - это комплекс наук. В ее составе три главных части - общая, прикладная и социальная экология.

Общая экология. Самая традиционная часть экологии, биологическая наука, которая изучает приспособление организмов к условиям среды и их совокупности - популяции (один вид) и экосистемы (много разных видов). Общая экология изучает и самую большую экосистему нашей планеты - биосферу.

Прикладная экология. Включает много наук, которые разрабатывают технологии рационального природопользования и охраны природных ресурсов. Главными науками прикладной экологии являются следующие:

- лесная экология изучает способы использования ресурсов лесов (древесина, промысловые животные, ягоды и др.) при их постоянном воспроизводстве и роль, которую играют леса в поддержании водного режима ландшафтов;

- экология тундр изучает пути рационального природопользования в тундре и лесотундре - оленеводства и охоты. В последнее десятилетие важным направлением стало изучение влияния на экосистемы тундр добычи нефти и газа и разработка способов уменьшения вредоносного воздействия промышленности;

- экология морей изучает влияние хозяйственной деятельности человека на морские экосистемы: использования биологических ресурсов, загрязнения при добыче на шельфе нефти и газа, сброса в воду промышленных и бытовых стоков и твердых отходов, в том числе с морских судов. Эта наука разрабатывает методы восстановления и поддержания популяций морских животных;

- сельскохозяйственная экология изучает способы получения сельскохозяйственной продукции без истощения ресурсов пашни и лугов, при сохранении окружающей среды и производстве экологически чистых (не загрязненных опасными для здоровья человека веществами) продуктов;

- промышленная экология изучает влияние выбросов промышленных предприятий на окружающую среду и возможности уменьшения этого влияния за счет совершенствования технологии и очистных сооружений;

- городская экология изучает возможности улучшения среды обитания человека в городе и уменьшения пагубного влияния городов на окружающие их естественные и сельскохозяйственные экосистемы.

Некоторые науки экологического комплекса выделены не по объекту изучения, а по методам, которыми они пользуются:

- математическая экология моделирует и прогнозирует экологические процессы, т.е. изменения в природе, которые произойдут при изменении экологических условий;

- химическая экология разрабатывает методы определения концентраций загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу, воду, почву, продукты питания, способы химической очистки газообразных, жидких и твердых отходов и новые технологии производства, при которых количество отходов уменьшается.

Социальная экология исследует общие закономерности взаимоотношений общества и природы, разрабатывает пути их гармонизации и предотвращения экологического кризиса. Поскольку эта наука изучает социальные последствия влияния человека на природу во всех сферах его хозяйственной деятельности, то ее интересы пересекаются с городской, сельскохозяйственной, лесной экологией, экологией тундр и др. Социальный аспект отношений человека и природы наиболее важен при изучении экологии биосферы.

В состав социальной экологии входят следующие науки:

- медицинская экология изучает болезни человека, связанные с загрязнением среды, способы их предупреждения и лечения. Здоровье населения любой территории - лучший показатель состояния среды его обитания;

- экономическая экология разрабатывает экономические механизмы рационального природопользования - оценки стоимости ресурсов (вода, древесина, нефть и т.д.) и размеры штрафов за загрязнение среды, обосновывает наиболее эффективные формы вложения средств в улучшение экологической ситуации;

- экологическое право разрабатывает систему законов, направленных на защиту природы. Юристы-экологи выступают адвокатами природы в судебных процессах, связанных с экологическими преступлениями или нарушениями законов рационального природопользования.

К социальной экологии относятся и науки, разрабатывающие методы воспитания экологического самосознания (экологическая этика, экологическая культура).

Специалисты разных наук экологического комплекса при решении конкретных экологических задач часто объединяются в научные команды. Так, в решении вопросов лесной экологии могут принимать участие математики-экологи, экономисты-экологи и юристы-экологи, а при решении вопросов медицинской экологии к медикам-экологам должен присоединиться еще и химик-эколог, который может проследить судьбу химических веществ, выброшенных предприятиями в окружающую среду, предложить способы уменьшения их вредного влияния на здоровье человека.

Контрольные вопросы

1. Почему современная экология - это не одна наука, а междисциплинарный научный комплекс?

2. Что изучает общая экология?

3. Какие науки входят в состав прикладной экологии?

4. Какие науки входят в состав социальной экологии?

Заключение

Термин «экология» появился немногим более ста лет назад, но истоки этой науки уходят глубоко в историю биологии и экономики. Уже в XVIII в. А. Лавуазье разрабатывал представления о круговороте веществ в экосистемах, а Ж.Б. Ламарк и Т. Мальтус дали прогноз возможных тяжелых последствий хозяйственной деятельности человека для природы.

Экология бурно развивалась в ХХ в. и превратилась из биологической науки в комплекс из многих наук, большая часть которых изучает отношения окружающей среды и всего одного биологического вида - человека разумного.

Состояние природных ресурсов Российской Федерации, к сожалению, подтверждает прогнозы Ламарка и Мальтуса. По степени нарушения водоемов, лесов, почв, по уровню загрязнения среды и, как следствие, по состоянию здоровья населения Россия худшую сторону отличается от экономически развитых стран. Причиной тяжелой экологической ситуации была хищническая система использования ресурсов, которые казались неисчерпаемыми. На единицу производства любого продукта - трактора, холодильника, 1 кг хлеба или масла - в нашей стране затрачивалось ресурсов и энергии в несколько раз больше, чем в странах, где их уже научились беречь. И веществ, загрязняющих окружающую среду, выбрасывалось также больше.

России предстоит изменять систему использования природных ресурсов и внедрять эколого-экономические принципы рационального природопользования, которые сделают истощительное использование ресурсов невыгодным. Нужно воспитать нового экологически грамотного россиянина, который будет ответственно относиться к окружающей среде и делать все возможное для ее сохранения. Улучшить экологическую ситуацию должна помочь экология - комплекс наук, включающий биологическую дисциплину «общую экологию», много прикладных наук, нацеленных на разработку принципов рационального природопользования в разных экосистемах - лесных, водных, сельскохозяйственных, городских и др., и социальную экологию, объединяющую науки об отношениях природы и общества.

Предмет, который вам предстоит изучить, включает основы общей экологии, исследующей отношения окружающей среды и отдельных организмов, популяций, экосистем; прикладную экологию - принципы рационального природопользования и охраны природы; основные положения социальной экологии о возможностях гармонизации отношений общества и природы.

Дополнительная литература

1. Учебники, учебные пособия и справочники:

Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология: особи, популяции и сообщества. /Под ред. А.М. Гилярова. В 2-х т. М.: Мир, 1989.

Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: в 3-х т. М.: Мир, 1990. Т. 2.

Миллер Т. Жизнь в окружающей среде. В 3-х т. М.: Прогресс - Пангея, 1993 - 1995.

Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Популярный экологический словарь /Под ред. проф. А.М. Гилярова. М.: Устойчивый мир, 1999.

Миркин Б.М., Наумова Л.Г. Ролевые игры по экологии. М.: Устойчивый мир, 2000.

Небел Б. Наука об окружающей среде. В 2-х т. М.: Мир, 1993.

Окружающая среда. Энциклопедический словарь-справочник. Пер. с нем. М.: Прогресс, 1993.

Одум Ю. Экология: в 2-х т. М.: Мир, 1986.

Ревелль П., Ревелль Ч. Среда нашего обитания. В 4-х кн. М.: Мир, 1995.

Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник. М.: Мысль, 1990.

Реймерс Н.Ф. Охрана природы и окружающей человека среды: Словарь-справочник. М.: Просвещение, 1992.

Этот список включает руководства по всем вопросам экологии. Самое краткое и простое изложение вопросов - в книге Н. Грина с соавторами, а самое простое и полное - в двухтомнике Б. Небела. Эти книги представляют уровень «второй смотровой площадки».

Два двухтомника - Ю. Одума и М. Бигона с соавторами - книги для студентов, но написаны простым языком. Тем, кто решил углубить свои знания по экологии и взглянуть на экологические проблемы «с третьей смотровой площадки», они вполне по силам. Для них также будут полезны насыщенные примерами рационального природопользования книги Т. Миллера и П. и Ч. Ревеллей.

«Окружающая среда» - справочник, который составлен немецкими учеными из группы «Катализ», работающей в Кельне и изучающей возможности уменьшения пагубного влияния на среду большой и малой химии. В нем вы найдете информацию о промышленной экологии и бытовой химии.

В двух словарях, написанных Н.Ф. Реймерсом, можно найти четкое определение и объяснение практически любого экологического термина.

Словарь Б.М. Миркина и Л.Г. Наумовой - дополнение к учебникам. Он содержит 500 основных понятий и терминов по всему спектру вопросов экологии. Особенно полезен словарь будет для тех, кто решил изучать экологию с «третьей смотровой площадки». Книга тех же авторов о ролевых играх по экологии содержит сценарии школьных вечеров, в которых в игровой форме обсуждаются основные вопросы современной экологии - от отношений между организмами в экосистеме и происхождения культурных растений до концепции устойчивого развития мирового сообщества. Книгу можно читать и «в одиночку», так как игровые ситуации (часто забавные) позволяют легко понять суть самых сложных проблем экологии.

2. Основные периодические издания России по экологии:

Журнал «Энергия (экономика, техника, экология)». Это авторитетный научно-популярный журнал по вопросам рационального природопользования. На его страницах публикуются статьи по широкому кругу проблем экологической экономики и энергетики. Если вас интересуют конкретные вопросы природопользования, просматривайте в библиотеке подшивки этого журнала за прошлые годы и постарайтесь читать его. Будет хорошо, если вы станете подписчиками журнала.

Газета «Зеленый мир». Это еженедельная общероссийская некоммерческая научно-публицистическая и информационно-методическая газета, центральный печатный орган российских общественных экологических движений. В газете публикуется хроника экологических событий, происходящих в нашей стране.

Журнал «Экология и жизнь». Научно-популярный журнал издательского объединения «Устойчивый мир». Его главным редактором был академик Н.Н. Моисеев. В журнале публикуются проблемные статьи по актуальным вопросам прикладной и социальной экологии и экологического образования.

Аналитические ежегодники «Россия в окружающем мире». (Отв. ред. Н.Н. Марфенин /Под общей редакцией: Н.Н. Моисеева, С.А. Степанова. М.: Изд-во МНЭПУ.) Это сборники статей издаются Московским независимым эколого-политологическим университетом и содержат самую разнообразную информацию по проблемам экологии в России и мире. В сборниках перепечатываются наиболее важные статьи из американского ежегодника «State of the world». Вышло уже два ежегодника - 1998, 1999. Многие цифры, которые приведены в учебнике, заимствованы именно из этих изданий.

3. Прочие книги по экологии:

XX век: последние 10 лет. 1990 - 1991. Сборник статей из ежегодников «State of the world», издаваемых институтом «Worldwatch». М.: Прогресс - Пангея, 1992.

В этом сборнике опубликованы статьи о состоянии окружающей среды в России, СНГ и странах бывшего социалистического лагеря.

Мордкович В.Д., Гиляров А.М., Тишков А.А., Баландин С.А. Судьба степей. Новосибирск: Мангазея, 1997.

Популярный и увлекательный рассказ об истории и современном состоянии степных экосистем планеты - об их климате, почвах, растениях, животных.

Эдмондсон Т. Практика экологии. Об озере Вашингтон и не только о нем /Под ред. д-ра биол. наук А.М. Гилярова. М.: Мир, 1998.

Это живо написанный рассказ о том, как удалось спасти от загрязнения экосистему озера Вашингтон. И о том, как должны вести себя представители «зеленых», чтобы их усилия были более результативными.

Фешбах М., А. Франдли младший. Экоцид в СССР. Здоровье и природа на осадном положении. М., 1992.

Вайнер Д. Экология в Советской России. Архипелаг свободы: заповедники и охрана природы. М.: Прогресс, 1991.

Эти две книги написаны американскими экологами, искренне обеспокоенными катастрофическим состоянием природной среды в нашей стране. Они насыщены фактическими данными. К сожалению, тираж книг невелик, но их можно найти в центральных библиотеках или договориться, чтобы библиотеки, в которых вы берете книги, выписали их по межбиблиотечному абонементу. Предупреждаем, эти книги читать очень тяжело, но они отражают ту ситуацию, в которой находится Россия. И потому с их содержанием нужно знакомиться в первую очередь тем, кто решит посвятить свою жизнь экологии и делу экологического оздоровления России. Нужно знать правду, какой бы горькой она ни была.

Индивидуальное задание

Темы рефератов:

1. Экологическая ситуация в моем городе (селе, на территории сельскохозяйственного предприятия и т.д.).

Чтобы написать такой реферат, нужно посмотреть подшивки газет за 2-3 последних года, где опубликовано немало материалов по экологии. Не откажут в помощи и специалисты из административных органов, которые ведают вопросами охраны природы. Не стремитесь охватить все «болевые точки» экологии своего города или района, а рассмотрите наиболее опасные для природы и человека экологические ошибки природопользования.

2. Почему экология переросла рамки биологической науки.

Проанализируйте историю экологии и покажите, как в результате влияния человека, резко усилившегося во второй половине ХХ в., ухудшилось состояние окружающей среды. Обоснуйте необходимость изучения происходящих процессов с целью уменьшения их пагубных последствий для природы. Покажите необходимость участия в этих исследованиях представителей самых разных областей знания.

Литературы по этим темам много, список основных книг приведен выше.

ЧАСТЬ 2. ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Глава 2. ОРГАНИЗМ И УСЛОВИЯ СРЕДЫ

Организм и условия внешней среды составляют единство. Из внешней среды организм получает необходимые ему для жизнедеятельности вещества и энергию, в среду он выделяет «отходы» жизнедеятельности. Рассмотрим факторы среды, приспособления (адаптации) организмов к этим факторам и типы организмов по их приспособлениям к внешней среде: экологические группы, жизненные формы и жизненные стратегии.

§ 4. классификация факторов среды

Факторы среды (экологические факторы) - это любые свойства или компоненты внешней среды, которые влияют на организмы.

Факторы среды делятся на абиотические, т.е. факторы неорганической, или неживой, природы, и биотические - порожденные жизнедеятельностью организмов.

Совокупность абиотических факторов в пределах однородного участка называется экотопом, вся совокупность факторов, включая биотические, - биотопом.

К абиотическим факторам относятся:

климатические - свет, тепло, воздух, вода (включая осадки в различных формах и влажность воздуха);

эдафические, или почвенно-грунтовые, - механический и химический состав почвы, ее водный и температурный режим;

топографические - условия рельефа.

Климатические и эдафические факторы во многом определяются географическим положением экотопа - его удаленностью от экватора и от океана и высотой над уровнем моря.

Среди факторов среды различаются также прямые и косвенные.

Прямые экологические факторы непосредственно влияют на растения. Примеры прямых факторов: увлажнение, температура, богатство почвы питательными элементами и др.

Косвенные экологические факторы действуют на растения опосредствованно - через прямые факторы среды. Примеры косвенных факторов: географическая широта и удаленность от океана, рельеф (высота над уровнем моря и экспозиция склона), механический состав почвы. С подъемом в горы изменяется климат (количество осадков и температурный режим); экспозиция и крутизна склона влияют на интенсивность прогревания поверхности почвы и режим ее увлажнения. Механический состав почвы (соотношение песчаных, глинистых и илистых частиц) влияет на растения и почвенную фауну через режим увлажнения и динамику питательных элементов.

Кроме того, прямые абиотические факторы среды разделяются на условия и ресурсы.

Условия - это факторы среды, которые организмы не потребляют. К их числу относятся температура, влажность воздуха, соленость воды, реакция почвенного раствора, содержание в воде и почве загрязняющих веществ, которые не используются растениями как элементы питания.

Ресурсы - это факторы среды, которые потребляются организмами. Поэтому один более сильный организм может «съесть» ресурсов больше, и другому более слабому их останется меньше.

Для растений ресурсами являются свет, вода, элементы минерального питания, диоксид углерода; для животных - биомасса растений, живые животные или мертвое органическое вещество. Необходимым ресурсом для подавляющего большинства организмов является кислород.

Ресурсом может быть пространство. Растения для прохождения жизненного цикла, должны получить определенную площадь «под солнцем» и некоторый объем почвы для потребления воды и элементов минерального питания (площадь питания). Растительноядным животным нужен участок «пастбища» (для тли это будет часть листа, для косяка лошадей - десяток гектаров степи, для стада слонов - десятки квадратных километров), плотоядным животным - охотничий надел.

Изредка возможна и чисто физическая нехватка пространства. Так, крокусы даже выталкивают «лишние» луковицы из земли. В поселениях мидий раковины так плотно прижаты друг к другу, что между ними не может втиснуться новый претендент на место.

Биотические факторы являются следствием взаимоотношений организмов. Для растений - это конкуренция, влияние животных (растительноядных, паразитов, опылителей, распространителей плодов и семян), грибов (микоризных, паразитических), бактерий (азотфиксирующих и болезнетворных), вирусов. Для животных - это обеспеченность ресурсами питания, конкуренция, влияние хищников, патогенных микроорганизмов.

Факторы, связанные с влиянием человека, выделяются в отдельную группу антропогенных факторов.

К наиболее существенным антропогенным факторам относятся химическое загрязнение воды, атмосферы и почвы, техногенное нарушение экосистем при разработке полезных ископаемых, выпас скота, рекреационное влияние, промысел животных, заготовка растительного сырья и др.

В настоящее время роль антропогенных факторов резко возросла, и потому изучение последствий их влияния и разработка способов регулирования отношений человека и природы являются важнейшими проблемами прикладной экологии.

Совокупности факторов абиотической среды формируют среды жизни - наземно-воздушную, водную, почвенную. Для многочисленных видов-паразитов средой жизни является организм хозяина.

Эти среды жизни различаются по условиям существования для организмов. Водная среда отличается высокой плотностью, теплопроводностью, способностью растворять соли и газы. Температурный режим в ней мягче, чем на суше. Для наземно-воздушной среды характерно обилие кислорода, света, резкие изменения температуры, перепады давления и периодический дефицит влаги. Почвенная среда состоит из трех фаз: твердые частицы почвы пронизаны порами и полостями, заполненными частично водой, частично воздухом. Организм как среда жизни паразитов характеризуется практически неограниченным запасом пищи и надежной защитой.

Разные организмы используют разные среды жизни, причем, если рыбы или почвенные животные используют одну среду (соответственно водную и почвенную), то растения связаны с двумя и даже тремя средами (почвенной, наземно-воздушной и водной), две среды жизни используют амфибии (лягушки) и некоторые паразиты, которые часть жизненного цикла проводят в водной или наземно-воздушной среде.

Разнообразием условий существования организмов в разных частях планеты и в разных экотопах объясняется биологическое разнообразие - разнообразие живых организмов.

Контрольные вопросы

1. Перечислите абиотические факторы среды.

2. Чем отличаются факторы-ресурсы от факторов-условий?

3. В каких случаях ресурсом является пространство?

4. Назовите основные среды жизни и приведите примеры организмов, использующих одну, две и три среды.

(Доп.) § 5. Организмы как пищевые ресурсы

Главными ресурсами для животных являются другие организмы. Возможны три варианта их использования.

Хищничество - питание организмами-ресурсами, бывшими до момента превращения их в пищевой объект живыми. Организм-ресурс или умерщвляется (как при съедании зайца волком) или поедается по частям при сохранении его живым (поедание растений растительноядными животными).

Паразитизм - питание веществами живого организма-ресурса.

Детритофагия - питание мертвым органическим веществом.

Познакомимся с различиями питательных качеств организмов-ресурсов - химического состава и усвояемости. Эти качества различаются у организмов-ресурсов из царств растений и животных. У растений клеточные оболочки образованы целлюлозой и лигнином, по этой причине количественное соотношение углерода и азота (С:N) в растительных тканях составляет от 20:1 до 40:1. У животных, клетки которых лишены «целлюлозного чехла», содержание углерода гораздо ниже, и это соотношение составляет от 8:1 до 10:1.

Большинство фитофагов не обладают способностью переваривать целлюлозу (у них нет соответствующих ферментов), по этой причине усвояемость растительной пищи всегда очень низкая. Фитофаги пережевывают пищу, чтобы механически разрушить оболочки клеток, но этого оказывается недостаточно. Усваивать растительную пищу фитофагам помогают прокариоты и низшие животные, которые обладают ферментами, разрушающими целлюлозу. «Помощники» живут в пищеварительной системе фитофагов и связаны с ними отношениями взаимовыгодного сотрудничества. По этой же причине детритофаги предпочитают поедать растительный детрит не в «свежем» состоянии, а когда он уже заселен микроорганизмами-редуцентами.

Разные ткани растений имеют разный химический состав: концентрация азота и других элементов минерального питания выше в меристематических тканях, клетки которых делятся, а углеводов - в ситовидных трубках флоэмы и в некоторых запасающих тканях (в клубнях, семенах), которые являются наиболее питательными частями растений.

Самые высокие концентрации целлюлозы и лигнина - в старых и мертвых тканях, например в древесине и коре. Эти различия химического состава разных тканей служат причиной специализации насекомых-фитофагов (например, разных видов дубовой галлицы, личинки которых питаются молодыми и старыми листьями, вегетативными почками, мужскими цветками, тканями корня и т.д.). Большинство насекомых-фитофагов избегает потребления старых одревесневших тканей.

У плотоядных животных проблем с пищеварением нет, они не пережевывают пищу, а только разрывают ее на куски или заглатывают добычу целиком. Если для фитофагов главная проблема состоит в переваривании пищи, то плотоядных заботит то, как добычу отыскать, изловить, умертвить и съесть.

Контрольные вопросы

1. Какие варианты использования организмами других организмов как пищевых ресурсов существуют в природе?

2. Почему фитофагам трудно переваривать растительную пищу?

3. Какую роль в питании фитофагов играют микроорганизмы, обитающие в их пищеварительной системе.

4. Почему детритофаги предпочитают поедать мертвое органическое вещество, которое заселено микроорганизмами?

5. Чем отличаются питательные качества растительной и животной пищи?

§ 6. Основные законы отношений ОРГАНИЗМОВ и условий среды

Изучением отношения отдельных видов к условиям среды начиналась экология в работах ее предтечей в XVIII-XIX вв. Этот раздел экологии называется аутэкологией (собственно экологией, или экологией в узком смысле). В основе аутэкологии лежат три основных закона.

Закон оптимума: по любому экологическому фактору любой организм имеет определенные пределы распространения (пределы толерантности).

Как правило, в центре ряда значений фактора, ограниченного пределами толерантности, лежит зона оптимума - область наиболее благоприятных условий жизни организмов, при которых формируется самая большая биомасса и численность особей. Напротив, у границ толерантности расположены зоны угнетения организмов, когда численность особей падает. Это экстремальные условия, при которых организмы становятся уязвимыми к действию и других неблагоприятных экологических факторов (включая влияние человека, рис. 2).

Разные виды имеют разную амплитуду распределения по разным градиентам факторов среды. Виды с узким распределением называются стенотопными, с широким - эвритопными. Виды переходной группы называются мезотопными (рис. 3).

Удобным примером для иллюстрации этого закона является отношение видов к температуре. Виды дождевых тропических лесов выносят перепады температуры не более 8о С, то есть являются стенотопами, а лиственница даурская в Якутии - 100о (от +30о до -70о С), это типичный эвритоп. Карась - эвритоп по отношению к содержанию кислорода а воде, а хариус и форель, обитающие в горных реках, по отношению к этому фактору - стенотопы. Они погибают даже при незначительном снижении концентрации растворенного в воде кислорода. (Рис. 4).

Закон индивидуальности экологии видов: каждый вид по каждому экологическому фактору распределен по-своему, кривые распределений разных видов перекрываются, но их оптимумы различаются.

По этой причине при изменении условий среды в пространстве (например, от сухой вершины холма к влажному логу) или во времени (при пересыхании озера, усилении выпаса, зарастании скальной поверхности) состав экосистем изменяется постепенно. Известный российский эколог Л.Г. Раменский сформулировал этот закон образно: «Виды - это не рота солдат, марширующих в ногу».

Закон лимитирующего (ограничивающего) фактора: наиболее важным для распределения вида является тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений (находится в максимуме или минимуме).

Так, в тундровой зоне лимитирующим фактором является количество тепла, так как влаги там достаточно, а обеспеченность элементами питания также зависит от тепла: чем теплее субстраты, тем активнее идет в них процесс образования гумуса и меньше накапливается неразложившихся остатков растений.

В зоне тайги лимитирующим фактором является обеспеченность почв питательными элементами. Почвы, формирующиеся на карбонатных породах, которые богаты кальцием и другими минеральными элементами, позволяют формироваться очень продуктивным сообществам растений. Во всех остальных случаях почвы бедны элементами минерального питания.

В лесостепной и степной зонах лимитирующий фактор - увлажнение, так как здесь почвы (черноземы) богаты питательными элементами. На действие этого лимитирующего фактора может накладываться влияние выпаса, а в южной части степной зоны - засоление почвы.

Для многих животных в условиях умеренного климата лимитирующим фактором является глубина снежного покрова. Свободное перемещение по глубокому снегу свойственно сравнительно небольшому числу видов, имеющих «лыжи» (заяц-беляк, заяц-русак, белая куропатка) или длинные ноги (лось). (Рис. 5). Глубокий снег - препятствие для перемещения волка и кабана.

Контрольные вопросы

1. Приведите примеры видов-стенотопов и видов-эвритопов.

...