Материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления пользователям Интернета и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
© 2018 - 2024
В.И. Вернадский отмечал, что с увеличением масштабов и интенсивности деятельности человечество, взятое в целом, превратилось в мощную геологическую силу. Это обусловило переход биосферы в качественно новое состояние. Уже сегодня истреблено две трети лесов планеты; в атмосферу ежегодно выбрасывается более 200 млн т оксида углерода, около 146 млн т диоксида серы, 53 млн т оксидов азота и т.д. Около 700 млн га некогда продуктивных земель нарушено эрозией (при всей площади возделываемых земель, равной 1400 млн га). Очевиден тот факт, что природные ресурсы и восстановительные способности живой природы отнюдь не безграничны.
Вся история человечества — это история экономического роста и последовательного разрушения биосферы. Только в эпоху палеолита человек не нарушал естественные экосистемы, поскольку образ его жизни (собирательство, охота, рыболовство) был подобен образу существования родственных ему животных. Дальнейшее развитие цивилизации привело к созданию современной искусственной, техногенной среды обитания человека, истощению и загрязнению природной среды. XX век оказался эпохой особенно разительных экономических и экологических изменений. По расчетам, лишь около трети территории планеты осталось не затронуто человеческой деятельностью. За прошедшее столетие в экосистеме Земли возникла и в сотни раз выросла глобальная хозяйственная подсистема. Ее последовательное расширение происходило ускоренными темпами за счет вытеснения природных систем.
К началу XX в. вся экономика планеты производила валовой мировой продукт (ВМП) в объеме около 60 млрд дол. в год. Этот экономический потенциал был создан за весь период существования цивилизации. В настоящее время для выпуска такого объема ВМП потребуется менее одного дня.
За 100 лет мировое потребление энергии увеличилось в 14 раз. Суммарное потребление первичных энергоресурсов превысило 380 млрд т условного топлива (>1022 Дж). С 1950 по 1985 г. среднедушевое потребление энергоресурсов удвоилось и достигло 68 ГДж. Это означает, что мировая энергетика росла быстрее, чем численность населения.
Претерпела изменения структура топливно-энергетического баланса большинства стран мира: если ранее основную долю составляли дрова и уголь, то к концу XX в. преобладающим видом стало углеводородное топливо — до 65 % приходится «а нефть и газ, а до 9 % — на атомную и гидроэнергетику. Некоторое хозяйственное значение приобрели альтернативные энергетические технологии. Среднедушевое потребление электроэнергии достигло 2400 кВт ч/год. Все это оказало большое влияние на структурные сдвиги в производстве и быте сотен миллионов людей.
Многократно увеличилась добыча и переработка минеральных ресурсов — руд и нерудных материалов. Производство черных металлов возросло за столетие в 8 раз, в начале 1980-х гг. оно составило 850 млн т/год. Еще интенсивнее развивалось производство цветных металлов, в основном за счет очень быстрого наращивания выплавки алюминия, достигшей к концу 1980-х гг. 14 млн т/год. С 1940-х гг. стремительно набирала темп промышленная добыча урана. Начатое с нуля производство цемента за 90 лет достигло объема 1 млрд т/год.
В XX в. значительно вырос объем и изменилась структура производства машиностроения, увеличились число и единичная мощность выпускаемых машин и агрегатов, весомую долю продукции составила военная техника. Появились и получили быстрое развитие такие отрасли, как производство средств связи, приборостроение, радиотехника, электроника, вычислительная техника. В тысячи раз возросло производство самодвижущихся транспортных средств. С 1970-х гг. на дорогах мира ежегодно появляется около 16 млн новых легковых автомобилей. В некоторых странах (Франция, Италия, США, Япония) количество автомобилей уже сопоставимо с числом жителей. Как известно, на каждую тысячу километров пробега автомобиль потребляет годовую норму кислорода одного человека, в результате 6,8-миллиардное человечество потребляет кислорода столько, сколько потребовалось бы для дыхания 73 млрд человек.
Важной чертой современного техногенеза является интенсивная химизация всех отраслей хозяйства. За вторую половину XX в. было произведено и отправлено на поля более 6 млрд т минеральных удобрений. Для различных целей в обиход введено более 400 тыс. различных синтетических соединений, в том числе взрывчатых и отравляющих веществ. Начало массового производства многих продуктов крупнотоннажной химии, в частности нефтехимии и химии органического синтеза, пришлось на середину прошлого столетия. За 40 лет во много раз возросло производство пластмасс, синтетических волокон, синтетических моющих средств, пестицидов, лекарственных препаратов.
Огромный технический потенциал человечества сам по себе обладает внутренней неустойчивостью. Из-за высокой концентрации в пределах биосферы и среды обитания человека опасных агентов и источников риска (все виды вооружений, отравляющие вещества и ядерное топливо) он не только угрожает биосфере, но и включает потенциал самоуничтожения. Данная угроза не так уж легко осознается, поскольку в психологии масс она маскируется положительными результатами социального прогресса второй половины XX в., когда возросли темпы роста дохода на душу населения, более эффективными стали системы здравоохранения и образования, улучшилось питание людей, увеличилась продолжительность жизни. Однако за «среднеглобальными» позитивными результатами скрывается глубокое неравенство экономического положения и потребления ресурсов между регионами и странами мира, между разными группами людей. Подсчитано, что на 20 % самого богатого населения мира приходится 86 % общей суммы личных расходов, потребление 58 % мировой энергии, 45 % мяса и рыбы, 84 % бумаги, наличие 87 % личных автомобилей. С другой стороны, 20 % беднейших жителей планеты потребляют не более 5 % товаров и услуг каждой из перечисленных категорий.
Во всех природных средах происходит однонаправленное изменение концентраций химических веществ в сторону увеличения. В атмосфере быстро нарастает концентрация углекислого газа (с 280 до 350 частей на 1 миллион за 200 лет, причем более половины прироста — за последние 50 лет), метана (с 0,8 до 1,65 частей на 1 миллион), оксида азота и др. Во второй половине XX в. в атмосфере появились совершенно новые газы — хлофторуглероды (хладоны). Все это является следствием хозяйственной деятельности человека.
Так же активно и быстро возрастает концентрация химических веществ в поверхностных водах суши, о чем свидетельствует глобальная эвтрофикация водоемов суши и части прибрежных вод Мирового океана.
Атмосферные выпадения соединений азота и серы, в том числе в виде кислотных осадков, отразились на химических и биологических процессах в почвах, что привело к деградации почвенного покрова во многих регионах планеты.
Наконец, хорошо известна проблема биоразнообразия: скорость его сокращения в результате хозяйственной деятельности значительно опережает убыль от естественных процессов исчезновения видов. В результате разрушения среды обитания живых организмов существенно подорвано былое биологическое разнообразие планеты.
Глобальные изменения окружающей среды свидетельствуют о том, что в своем развитии человечество вышло за допустимые экологические пределы, определяемые законами биосферы, и что человек зависим от этих законов.
К изменению и разрушению естественных экосистем добавилось мощное промышленное загрязнение. На душу населения в мире ежегодно добывается более 50 т сырья, в результате переработки которого (с помощью воды и энергии) человечество в конце концов получает почти столько же отходов, в том числе 0,1 т опасных отходов на каждого жителя планеты.
В обществе сложился стереотип, согласно которому основная экологическая угроза производственной сферы состоит в образовании отходов, однако трудно не согласиться с точкой зрения, что на самом деле вся конечная продукция производства представляет собой отложенные или перенесенные в будущее время отходы. В соответствии с законом сохранения, однажды образовавшиеся отходы переходят из одного фазового состояния в другое (например, в газообразное состояние при сжигании бытовых отходов) или рассеиваются в окружающей среде (если это газ, пыль или растворимое вещество), наконец, их можно переработать (например, токсичный отход сделать менее токсичным) или произвести какой-то продукт, который через некоторое время снова станет отходом. Как считает известный российский ученый-эколог К.С. Лосев, «не существует никаких «безотходных» и «экологически чистых» технологий, вся глобальная экономика представляет собой грандиозную систему по производству отходов. Около 90 % всех отходов — твердые, и лишь порядка 10 % — газообразные и жидкие». Избавиться от отходов можно только одним путем — превратив их в сырье, т.е. создав замкнутые циклы производства, в которых все отходы производства и потребления тут же включались бы в новый производственный цикл.
Япония — самая передовая страна по эффективности использования сырья и отходов — ежегодно использует повторно или путем рециклинга 210 млн т материалов из 2,6 млрд т первоначально вовлеченных в хозяйственный оборот, т.е. чуть менее 10 %. И это при том, что реструктуризация экономики Японии привела к сокращению доли производственной сферы в создании ВВП с 50 % в 1970 г. до 35 % к концу XX в., а основной вклад в производство ВВП осуществляет сфера услуг. 1990-е гг. ознаменовались созданием в Японии индустрии услуг, информатизации и формированием экобизнеса на основе экоэффективности, под которой понимаются ресурсосбережение, снижение отходов, рециклинг, удлинение жизни конечных продуктов, сокращение массы токсичных отходов и распространения их в окружающей среде. В то же время японские экологи подчеркивают, что, невзирая на уменьшение доли первичной индустрии, стабилизацию вторичной и преобладание третичной индустрии, материальный поток имеет тенденцию к росту (как и общая масса образующихся отходов, и потребление энергии). Данная тенденция характерна для всех стран с высокоразвитой экономикой, несмотря на их огромные затраты на охрану окружающей среды и внедрение ресурсосберегающих технологий. Мировое сообщество пришло к выводу, что темпы роста ВНП не могут служить единственным показателем благосостояния нации. Оно характеризуется и качеством жизни, в значительной мере зависящим от экологической ситуации в стране. Как свидетельствуют данные Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), 20—30 % заболеваний на планете обусловлено ухудшением состояния окружающей природной среды. К наиболее ощутимым негативным экологическим последствиям приводит деятельность отраслей материального производства и межотраслевых комплексов.
Энергетика оказывает многофакторное воздействие на окружающую среду в виде газообразных выбросов в атмосферу, сбросов сточных вод в водоемы, больших объемов водопотребления, изменения ландшафтов, негативных геологических процессов. По данным статистики, на долю энергетики приходится до 80 % выбросов диоксида серы, 70 % оксидов азота. Выбросы твердых частиц оставляют на прилегающей территории так называемый «факельный след», в пределах которого происходит угнетение растительности, приводящее к деградации экосистем. Выбросы мощных ТЭС являются основными виновниками образования кислотных осадков, выпадающих в радиусе тысяч километров и несущих гибель всему живому.
Тепловые и гидравлические электростанции расходуют до 70 % суммарного мирового потребления пресных и морских вод, а следовательно, ответственны за такой же объем валового сброса стоков в природные водоемы. Гидроэнергетика наносит зачастую непоправимый урон природе, особенно на равнинных территориях, где под водохранилищами оказались затоплены обширные территории с многочисленными населенными пунктами и плодородными пойменными землями, служившими ранее основными сенокосными угодьями в лесной зоне. В степной зоне создание водохранилищ приводит к заболачиванию обширных территорий и вторичному засолению почв, потере земельного фонда, разрушению береговых склонов и т.п.
Нефтяная и нефтеперерабатывающая промышленность оказывает существенное негативное воздействие прежде всего на воздушный бассейн. В процессе нефтедобычи в результате сжигания нефтяного газа в факелах в атмосферу попадает около 10 % выбрасываемых в Российской Федерации углеводородов и оксида углерода. Нефтепереработка приводит к выбросам в воздушный бассейн углеводородов, диоксидов серы, оксидов углерода и азота. В центрах нефтеперерабатывающей промышленности загрязненность воздуха возрастает в связи с большим износом основных фондов, устаревшими технологиями, не позволяющими сократить отходы производства.
Негативная экологическая обстановка в районах нефтедобычи усугубляется просадками земной поверхности в результате извлечения больших объемов нефти и снижения внутрипластового давления. Серьезный ущерб окружающей среде наносится разливами нефти и минерализованных сточных вод вследствие разрывов трубопроводов. Например, число аварий на внутрипромысловых нефтепроводах России в отдельные годы составляло около 26 тысяч.
Газовая промышленность выбрасывает в атмосферу оксид углерода, углеводороды, летучие органические соединения, ок- сиды азота, диоксид серы. Добыча газа в зоне вечной мерзлоты приводит к деградации природных ландшафтов и развитию таких негативных криогенных процессов, как термокарст, пучение и солифлюкция.
Нефтедобывающая и газовая отрасли — основные факторы обеднения природно-ресурсного потенциала вследствие снижения ресурса органоминерального сырья.
Следствием деятельности предприятий угольной промышленности является перемещение больших объемов породы, изменение режимов поверхностных, грунтовых и подземных вод в пределах больших территорий, нарушение структуры и продуктивности почв, активизация химических процессов, а порой — изменение микроклимата. Проведение горных работ в районах с суровыми климатическими условиями приводит, как правило, к более серьезным экологическим последствиям, чем в умеренных широтах, где природная среда устойчивее к различным антропогенным воздействиям.
Угольная промышленность загрязняет поверхностные водоемы сточными водами. Это в основном высокоминерализованные шахтные воды, которые сбрасываются без всякой очистки. С угледобывающими бассейнами связаны формирование специфического техногенного рельефа, развитие просадочных и провальных явлений, а также затопление части отработанных территорий (пример — Донбасс). Практически повсеместно горные разработки приводят к полной потере земельных ресурсов, включая плодородные земли и лесные угодья.
Черная металлургия загрязняет воздушный бассейн городов оксидом углерода, твердыми частицами, сернистым ангидридом, оксидами азота. Основными источниками выбросов черной металлургии в атмосферу являются агломерационное производство (агломерационные машины, дробильно-размольное оборудование, места разгрузки и пересыпки материалов), доменные, мартеновские, сталеплавильные и травильные печи, ваграночные печи чугунолитейных цехов и др.
Предприятия отрасли потребляют и сбрасывают большие объемы воды. Сточные воды содержат взвешенные вещества, нефтепродукты, растворенные соли (сульфаты, хлориды, соединения железа, тяжелые металлы). Эти сбросы угрожают полной деградацией небольшим водотокам, в которые они поступают. Золошлакоотвалы и хвостохранилища вследствие фильтрации загрязняют подземные воды, в результате чего образуются антропогенные геохимические аномалии с содержанием токсикантов, в сотни раз превышающих предельно допустимую концентрацию (ПДК).
Цветная металлургия является весьма экологоопасной отраслью, выбрасывающей в окружающую среду наиболее ядовитые поллютанты (например, свинец и ртуть). Деятельность цветной металлургии нередко превращает прилегающие территории в зоны экологического бедствия (примером тому — российские города Карабаш на Южном Урале, Оленегорск в Мурманской области). Вредные выбросы предприятий, являющиеся сильными биологическими ядами, накапливаются в почве и водоемах, создавая реальную угрозу всему живому, включая человека, а тяжелые металлы с 25-кратным превышением ПДК обнаруживаются в грибах, ягодах и других растениях на расстоянии до 20 км от завода.
Транспорт. В зависимости от вида транспорта его воздействие проявляется в виде загрязнения атмосферы, водного бассейна, земельных угодий, деградации ландшафтов.
Автомобильный транспорт — основной источник загрязнения воздушного бассейна городов. Так, на долю автотранспорта приходится 75 % суммарных выбросов в атмосферу, а в Минске — до 80 %. Железнодорожный транспорт на электротяге загрязняет почвы и грунтовые воды вдоль железнодорожных трасс, создает шумовой и вибрационный эффект на прилегающих территориях. Для авиационного транспорта характерно химическое и акустическое загрязнение атмосферы; водного — загрязнение акваторий нефтепродуктами и бытовым мусором.
Дорожное строительство также влечет негативные экологические последствия: активизирует такие неблагоприятные геологические процессы, как оползни, заболачивание, подтопление прилегающих территорий. В то же время дорожное строительство — неизбежный спутник цивилизации, важное условие улучшения комфортности проживания населения, так что в каждом конкретном случае к решению вопроса о прокладке дорог необходимо подходить индивидуально, с учетом возможных негативных и позитивных последствий.
Жилищно-коммунальное хозяйство — основной источник образования и поступления сточных вод в водоемы. На его долю приходится около 50 % общего сброса стоков. Вторая проблема отрасли — утилизация и захоронение твердых бытовых отходов, размещение которых изымает из хозяйственного обращения тысячи гектаров земли и существенно влияет на экологическое состояние территории крупных городов.
Сельское хозяйство зачастую провоцирует эрозию почв, следствием которой является падение естественного плодородия, характерное для многих регионов. Прогрессируют истощение и загрязнение водных источников в результате непродуманной и не всегда оправданной мелиорации земель, несоблюдения норм внесения минеральных удобрений и пестицидов. Источником повышенной экологической опасности стали животноводческие комплексы и птицефабрики, вокруг которых происходит фильтрация жидкой фракции навоза в почву и грунтовые воды, загрязняется сельхозпродукция.
Таким образом, современное состояние экономики можно определить как техногенный тип экономического развития, характеризующийся высокой природоемкостью и игнорированием экологических требований при разработке и реализации проектов хозяйственной деятельности. Его признаками являются:
· быстрое и истощительное использование невозобновимых природных ресурсов (полезных ископаемых);
· потребление возобновимых ресурсов (земельных, растительного и животного мира и пр.) в объемах, превышающих возможности их естественного восстановления и воспроизводства;
· производство отходов, выбросов (сбросов) загрязняющих веществ в объемах, превышающих ассимиляционный потенциал окружающей среды.
Все это наносит колоссальный ущерб (не только экологический, но и экономический), который проявляется в стоимостных потерях природных ресурсов и затратах общества на ликвидацию негативных экологических последствий антропогенной деятельности.
Контрольные вопросы
1. Назовите основные исторические этапы взаимодействия общества и природы и раскройте диалектику этого взаимодействия.
2. Охарактеризуйте основные закономерности и принципы природопользования.
3. В чем проявляется усиление антропогенных воздействий на природную среду?
4. Какие отрасли экономики оказывают наиболее сильное негативное воздействие на окружающую среду? Каковы его последствия?
Основы общей экологии
Экология как самостоятельная отрасль науки обязана своим происхождением немецкому зоологу-эволюционисту Э. Геккелю. Во втором томе труда «Всеобщая морфология организмов» он дал ей следующее определение: «Под экологией мы понимаем общую науку об отношениях организмов с окружающей средой, куда мы относим в широком смысле все «условия существования». Они частично органической, частично неорганической природы... К неорганическим относятся физические и химические свойства местообитаний организмов — климат (свет, тепло, влажность и атмосферное электричество), неорганическая пища, состав воды и почвы и т.д. В качестве органических условий существования мы рассматриваем общие отношения организма ко всем остальным организмам, с которыми он вступает в контакт и из которых большинство содействует его пользе или вредит. Каждый организм имеет среди остальных своих друзей и врагов — таких, которые способствуют его существованию» и тех, что ему вредят. Организмы, которые служат пищей остальным или паразитируют в них, во всяком случае относятся к данной категории органических условий существования».
Как и большинство наук, экология имеет длительную предысторию. Ее обособление в качестве самостоятельной науки в середине XIX в. представляет собой естественный этап накопления большого объема научных знаний о природе. Еще в трудах античных философов встречаются первые попытки обобщения сведений об образе жизни животных и растений, зависимости их от среды обитания, характере распределения и своеобразии в разных природно-климатических условиях. Так, Аристотель (384—322 гг. до н.э.) описывает свыше 500 видов известных ему животных и рассказывает об их поведении. Ученик Аристотеля — «отец ботаники» Теофраст Эрезийский (372—287 гг. до н.э.) приводит сведения о своеобразии растений в разных условиях, зависимости их морфологии и особенностей роста от почвы и климата.
В средние века интерес к изучению природы ослабел под давлением богословия и схоластики, но возобновился в эпоху Возрождения. Великие географические открытия и последовавшая за ними колонизация новых стран послужили толчком к развитию систематики — науки о разнообразии всех организмов на планете. Исследователи составляли подробнейшие описания растений и животных, их внутреннего и внешнего строения. Первые систематики, такие как Дж. Рей (1627—1705), К. Линней (1707—1778), поставившие целью создание полной системы (классификации) органического мира, сообщали и о зависимости растений от условий их произрастания или возделывания, особенностей мест обитания и т.п.
В XVII—XVIII вв. экологическим сведениям отводилось немало места в записях известных путешественников. Из трудов С.П. Крашенинникова (1711—1755), И.И. Лепехина (1740—1802), П.С. Далласа (1741—1811) и других географов и натуралистов следовало, что распространение растительности и животного мира в разных частях планеты связано с климатическими особенностями. А Жан-Батист Ламарк (1744—1829), автор первого эволюционного учения, убедительно доказывал, что влияние «внешних обстоятельств» — одна из самых важных причин приспособительных изменений организмов, эволюции животных и растений.
Дальнейшему развитию экологического мышления способствовало появление в начале XIX в. биогеографии. Труды А. Гумбольдта (1769—1859) определили новое, экологическое направление в географии растений. Он ввел в науку представление о том, что «лицо» ландшафта определяется внешним обликом растительности: в сходных зональных и вертикально-поясных географических условиях у растений разных систематических групп вырабатывается сходный внешний облик.
Одним из основоположников классической экологии с полным правом можно назвать профессора Московского университета К.Ф. Рулье (1814—1858), который широко пропагандировал необходимость развития особого направления в зоологии посвященного всестороннему исследованию жизни животных их сложных взаимосвязей с окружающим миром (взаимоотношения родителей и потомства, отношения между животными разных видов, их взаимодействие с растениями, почвой, зависимость от физических условий и т.п.). К.Ф. Рулье разработал широкую систему экологического исследования животного мира.
В 1859 г. появилась книга Ч. Дарвина «Происхождение видов путем естественного отбора, или сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь». В этом труде показано, что борьба за существование в природе, под которой автор понимал все формы противоречивых связей вида со средой, приводит к естественному отбору, т.е. является движущим фактором эволюции. Стало ясно, что взаимоотношения живых существ и их связи с неорганическими компонентами природы («борьба за существование») — большая самостоятельная область исследований.
В 1866 г. благодаря Э. Геккелю эта новая область знаний получила название «экология», развернутое определение ее приведено в начале данной темы. Интересно, что Э. Геккель впоследствии отрекся от введенного им названия, заменив его на «экономию природы», однако термин «экология» постепенно получил всеобщее признание.
В конце 1870-х гг. в экологии возникло новое направление — биоценология. Немецкий гидробиолог и зоолог К. Мёбиус обосновал представление о биоценозе как глубоко закономерном сочетании организмов в определенной среде, обусловленном длительной историей приспособления видов друг к другу и к сходной экологической обстановке. Учение о растительных сообществах обособилось в отдельную отрасль ботанической экологии — геоботанику, ключевые положения которой были разработаны в трудах Г.Ф. Морозова (1867—1920) и В.И. Сукачева (1880—1967) на основе учения о лесе.
В начале XX ст. оформились экологические школы гидробиологов, ботаников, экологов, в каждой из которых развивались определенные стороны экологической науки. В 1910 г. на III Ботаническом конгрессе в Брюсселе экология растений официально разделилась на экологию особей, отдельных видов (аутоэкологию) и экологию сообществ (синэкологию). Это деление распространилось и на экологию животных. В 1913—1920 гг. были организованы экологические научные общества, основаны журналы, экологию начали преподавать в университетах.
В 1930-е гг. оформилась новая область экологической науки — популяционная экология (демэкология), основоположником которой следует считать английского ученого Ч. Элтона. Центральными проблемами экологии популяций стали внутривидовая организация и динамика численности организмов. Исследования популяций (совокупностей особей одного вида) в экологии в значительной мере были обусловлены запросами практики: острой потребностью в разработке основ борьбы с вредителями и конкурентами в сельском и лесном хозяйстве, истощением запасов ряда ценных промысловых животных, открытием роли некоторых диких животных в распространении паразитов и вредителей — возбудителей болезней человека и домашнего скота.
К 1940-м гг. в экологии сложился принципиально новый подход к исследованию природных экосистем. В 1935 г. английский биолог А. Тенсли обосновал понятие экосистемы, а в 1942 г. В.Н. Сукачев — представление о биогеоценозе. В их воззрениях нашла отражение идея о единстве совокупности организмов с абиотическим окружением, о закономерностях, которые лежат в основе связи всего живого с внешней неорганической средой, о круговороте веществ и превращениях энергии.
В послевоенное время экология продолжала стремительно развиваться. С конца 1950-х гг. велись исследования миграции живого вещества и энергии, бурно внедрялись методы математического моделирования, позволившие описать многие экологические закономерности. В результате была получена развернутая картина возможных вариантов динамики популяций, сформулированы принципы сосуществования видов в сообществе, описаны сложные процессы их метаболизма. Все это послужило основой для решения задач программирования урожая, помогло в расчетах эффективных схем управления сельскохозяйственными посевами и т.п.
В стране экология за последние 20 лет совершила большой скачок, став одной из наиболее значимых наук, в центре изучения которой находятся экосистемы. Живые организмы вместе с окружающей их средой образуют сложную кибернетическую систему. Ее сложность обусловлена не только разнообразием входящих элементов, но и разнородностью и многообразием возникающих между ними связей. Чтобы эффективно управлять природной средой, недостаточно ограничиваться исследованием составляющих сложную систему элементов живой и неживой природы, необходимо учитывать и воздействующие на них сооружения, механизмы, машины, созданные человеком. В XXI в. мало кто сомневается в том, что экологические принципы и теории, применяемые к редким растениям и животным в их естественных условиях обитания, справедливы и по отношению к человеку. Отрасль экологии, изучающая экологические принципы, необходимые для устойчивого развития человеческого сообщества, часто называют наукой об окружающей среде.
Можно с сожалением констатировать, что на протяжении всей истории использование природных богатств человеком происходило при полном незнании законов экологии. Это привело к тяжелым, а порой и непоправимым последствиям, в частности — к истощению природных ресурсов и колоссальному загрязнению среды обитания. Возможно, в наступившем тысячелетии человеку удастся найти решение жизненно важных проблем (например, таких, как удовлетворение потребностей возрастающего населения планеты в воде и пище), а пока необходимо принимать хотя бы паллиативные меры, чтобы обеспечить жизнь человеку завтрашнего дня. Экология и есть тот биологический и мировоззренческий фундамент, на который следует опираться в принятии превентивных мер, направленных на сохранение окружающей природы.
Основные понятия экологии
Современное распространение живых организмов определяется в первую очередь условиями среды, в которой они обитают. Все живые и неживые объекты, окружающие растения, животных и другие организмы и непосредственно взаимодействующие с ними, называются средой обитания.
Окружающая среда, или окружающая природная среда, — это та часть природы, на которую простирается влияние человека.
Элементы среды, воздействующие на живые организмы, называются экологическими факторами. По происхождению и специфике оказываемого влияния их разделяют на три основные группы:
1. абиотические факторы — свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы, определяя условия их существования (температура, свет и другая лучистая энергия, влажность и газовый состав воздуха, атмосферное давление, осадки, снежный покров, ветер, солевой состав воды, почвы, рельеф местности и т.п.);
2. биотические факторы — все формы воздействия живых существ друг на друга. Каждый организм испытывает прямое или косвенное влияние со стороны других особей, вступает во взаимоотношения с представителями как своего, так и иных видов (растений, животных, микроорганизмов), испытывает от них зависимость или сам оказывает влияние;
3. антропогенные факторы — все формы деятельности человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на условиях их существования. К таким факторам относится воздействие промышленности, сельскохозяйственного производства, транспорта и других форм ведения хозяйства. Антропогенные воздействия на живой мир планеты постоянно возрастают.
Любой из экологических факторов может проявляться как непосредственная причина изменения обмена веществ либо косвенно влиять на жизнедеятельность организмов, изменяя среду обитания.
Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ прослеживается ряд общих закономерностей. К ним относится реакция организмов на интенсивность или силу воздействия фактора. Как недостаточное, так и избыточное действие его отрицательно сказывается на жизнедеятельности организма. Для представителей разных видов условия комфортности неодинаковы. Если одни растения влаголюбивы (капуста, кабачки), то другие предпочитают засушливую погоду. Одни любят сильную жару (дыня), другие — тень, прохладу (цветная капуста). Эти факторы очень существенно влияют на рост и состояние растений. Точка, при которой наблюдается их максимальный рост, называется оптимумом. Обычно она связана с диапазоном температур. Благоприятная сила воздействия фактора (дозировка) называется зоной оптимума фактора для организма данного вида. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которой еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости. Точки, ограничивающие его, т.е. максимальная и минимальная пригодная для жизни температура, это пределы устойчивости, или пределы выносливости у вида. Степень выносливости по отношению к данному экологическому фактору называют экологической валентностью. Она характеризует способность организма заселять разнообразные среды.
По мере приближения к точкам предела устойчивости действие фактора уменьшается или возрастает, жизнедеятельность снижается вплоть до полного угнетения или гибели живого существа (в нашем примере — жизнедеятельность растения). Речь идет о стрессовых зонах в рамках диапазона устойчивости Аналогичное влияние могут оказывать и другие факторы.
Для каждого вида растений и животных существуют оптимум, стрессовые зоны (или зоны угнетения) и пределы устойчивости (выносливости) в отношении каждого фактора окружающей среды.
В примере с температурой рассматривалось изменение только одного фактора в предположении, что все остальные соответствуют зоне оптимума. Мы наблюдали действие закона лимитирующих факторов, сформулированного Ю. Либихом. Фактор, который за пределами зоны своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма, называют лимитирующим. К изменениям этого фактора организмы особенно чувствительны. Нередко лимитирующими оказываются биотические факторы» т.е. проявляющиеся в воздействии одних видов животных растений на другие. Например, недостаток пищи лимитирует развитие и распространение различных видов животных. К лимитирующим факторам развития растений относятся температура, свет, водообеспеченность и т.д. Ни один из факторов не действует в одиночку. Все организмы при взаимодействии со средой должны поддерживать динамическое равновесие, или гомеостаз.
Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки «эври» (от греч. eurys — широкий). Например, эвритермный вид — это вид, выносящий значительные колебания температуры. Узкая экологическая валентность обозначается приставкой «стено» (от греч. stenos — узкий). Стенотермный вид нестоек к резким сменам температуры. Виды, которые могут приспособиться к колебаниям различных экологических факторов в широких пределах, называются эврибионтными, а виды, для существования которых необходимы строго определенные условия, — стенобионтными.
Под воздействием экологических факторов живые организмы объединяются в определенные иерархические системы, которые представляют собой разные уровни организации живого вещества: популяции, сообщества и экосистемы.
Популяцией (от лат. populus — народ, население) называют группу особей одного вида, занимающую определенное пространство и обладающую необходимыми возможностями для поддержания своей численности в постоянно изменяющихся условиях среды.
В природе популяции разных видов объединяются в системы более высокого ранга — сообщества. Сообщество (биотическое) — это совокупность популяций, населяющих определенную территорию. Сообщества организмов связаны энергетическими связями с неорганической средой. Растения, например, могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Наименьшей единицей, к которой может быть применен термин «сообщество», является биоценоз.
Биоценозами называют группировки совместно обитающих и взаимосвязанных организмов. Масштабы биоценозов различны — от сообществ нор, муравейников, листвы деревьев до на- с- селения целых ландшафтов: лесов, степей, пустынь и т.п. Термин «биоценоз» употребляют чаще всего применительно к населению территорий, которые на суше выделяют по относительно однородной растительности, например биоценоз еловых лесов, и пшеничного поля и т.п.
Биота (от греч. biote — жизнь) — совокупность видов растений, животных и микроорганизмов, объединенных общей областью распространения. В отличие от биоценоза, биота может не характеризоваться отсутствием экологических отношений взаимной зависимости между видами.
Сообщества организмов соединены с неорганической средой теснейшими материально-энергетическими связями. Пространство, занимаемое биоценозом, называется биотопом. Биоценоз и его биотоп представляют два нераздельных элемента, образующих более или менее устойчивую систему, именуемую биогеоценозом (от греч. bio — жизнь, geo — земля, koinos — общий).
Идея о взаимосвязи и единстве всех явлений и предметов на земной поверхности возникла почти одновременно в Советском Союзе и за рубежом с той лишь разницей, что в СССР она развивалась как учение о биогеоценозе, а в других странах — как учение об экосистеме. Экологическая система, или экосистема, — это единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором все компоненты связаны между собой обменом вещества и энергии.
Биогеоценоз и экосистема — понятия сходные, но не тождественные. Оба подразумевают совокупность живых организмов и среды обитания, но экосистема — понятие безразмерное. «От капли до океана», — так образно охарактеризовал ее автор этого термина А. Тенсли. Муравейник, аквариум, пруд, болото, кабина космического корабля — все это экосистемы.
Биогеоценоз в отечественной литературе принято характеризовать как экосистему, границы которой очерчены ареалом распространения растительного покрова — фитоценоза. Например, степные, болотные, луговые и подобные им биогеоценозы. Иными словами, биогеоценоз представляет частный случай экосистемы, это явление естественное, даже если речь идет о воздействии на него человека. Экосистема же может быть целиком искусственной (аквариум, космический аппарат и т.п.).
Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах возможны только за счет постоянного притока энергии. Жизнь на Земле существует благодаря энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими растениями (автотрофами) в химические связи органических соединений. Все остальные организмы получают энергию с пищей. Перенос энергии пищи от ее источника (автотрофов) через ряд организмов, происходящий путем поглощения одних организмов другими, называется пищевой (трофической) цепью.
Каждая экосистема содержит совокупность животных и растительных организмов, которые по формам питания можно разделить на две группы: авто- и гетеротрофы.
Автотрофы (кормящие себя сами) — зеленые растения, способные осуществлять фотосинтез и использующие минеральные элементы для роста и воспроизводства. Фотосинтез — это сложный процесс превращения воды и углекислого газа в сахара с помощью солнечной энергии. Из образованных таким образом Сахаров и минеральных элементов питания, получаемых из почв или воды, растения синтезируют сложные вещества, входящие в состав их организмов. Иными словами, простые химические вещества, из которых состоят воздух, вода и минералы горных пород и почвы, превращаются в сложные соединения типа белков, жиров и углеводов, называемых органическими.
Автотрофные растения — это продуценты экосистемы (от. лат. producens — производящий), создающие органические вещества из неорганических. В свою очередь из органических веществ образуются ткани растений и животных. Фотосинтезирующие растения продуцируют пищу для всех остальных организмов экосистемы, поэтому их и называют продуцентами.
Гетеротрофы (питающиеся другими) — организмы, которым для питания необходимы органические вещества. Их отличает значительно более сложный обмен веществ. Все гетеротрофы разделяются на организмы-потребители (консументы) и организмы, разлагающие органические вещества на исходные неорганические компоненты (редуценты).
Консументы (от лат. consumo — потребляю) — организмы, потребляющие органические вещества. В эту группу входят как простейшие, черви, рыбы, моллюски, насекомые и прочие членистоногие, пресмыкающиеся, птицы, так и млекопитающие, включая человека. Различают консументы первого порядка (или первичные), к которым относятся растительноядные животные, будь то слон или клещ, и консументы второго, третьего и более высоких порядков, потребляющие животную пищу (хищники, или плотоядные), а также всеядные (или эврифаги), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу (лисы, свиньи, тараканы и др.).
Редуценты (от лат. reducens — возвращающий, восстанавливающий) — организмы, разлагающие мертвое органическое вещество. Это всевозможные сапрофитные бактерии, грибы и животные-детритофаги, питающиеся мертвым или частично разложившимся органическим веществом — детритом. В почве обитают мелкие беспозвоночные, питающиеся отбросами, например, мелкие клещи, земляные черви, многоножки; в водных экосистемах — моллюски, крабы и черви; при процессах гниения бурно размножаются бактерии; при разложении растительного опада — грибы. По составу и активности сообщества редуцентов не менее разнообразны, чем любые другие, но они гораздо менее знакомы обычному человеку.
Очевидно, что ни один организм не существует вне связи с другими. Каждый может жить, только взаимодействуя с окружающей средой, в рамках определенной экосистемы. Ярким примером в этом смысле является лес. В экологической системе все связи между организмами сплетаются в сложную цепь пищевых взаимоотношений, или трофическую цепь (продуценты—консументы—редуценты), поскольку пища — важнейший фактор жизнедеятельности организмов.
У животных и растении возникло огромное количество взаимных адаптации: (приспособлений), обусловленных трофическими связями. Существует четкая экологическая закономерность, называемая пирамидой чисел, согласно которой количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев, неуклонно уменьшается. Например, на 1 волка в северных лесах приходится около 100 лосей, на каждого крупного хищника (льва, леопарда, гепарда) в саваннах Африки — от 350 до 1000 диких животных. На основе данных о численности волков и их суточной потребности в пище было подсчитано, что в течение календарного года 2400 особей изымают приблизительно 7480 кабанов, 5560 лосей, 4020 косуль. Последовательное уменьшение количества животных в цепи питания сопровождается соответственным снижением их общей биомассы, а это приводит к сокращению потока энергии в экосистеме.
Особая трофическая связь в биоценозе — паразитизм. В этом случае один вид — хозяин является для другого — паразита не только источником пищи, но и местом постоянного или временного обитания (например, фитофтора). Противоположным примером служит симбиоз — взаимополезные связи между видами (бобовые — клубеньковые бактерии).
Совокупность множества параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида и его функциональные характеристики (преобразование им энергии, обмен информацией со средой и с себе подобными и др.) представляет собой экологическую нишу. Она определяет не только положение вида в пространстве, но и его функциональную роль в сообществе (например, трофический уровень), а также положение относительно абиотических условий существования (температура, влажность и т.п.). По Н.Ф. Реймерсу, экологическая ниша — это совокупность условий жизни внутри экологической системы, предъявляемых к среде видом или его популяцией. Таким образом, каждый вид занимает в среде, где он обитает, то место, которое обусловлено его потребностью в пище, территории, связано с функцией воспроизводства. Такие экологические связи создают определенную структуру биоценоза. Биоценозы — динамические системы, они находятся в постоянном развитии, им свойственна сукцессия.
Сукцессия (от лат. successio — следую) — последовательная смена одного биоценоза другим. Суть этого явления заключается в том, что под влиянием внутреннего развития биоценозов, их взаимодействия с окружающей средой они постепенно «стареют» и сменяются другими типами биоценозов. Примеры — зарастание озера и превращение его в болото; высыхание болот и трансформация его в луг; смена пород в лесу после пожара и т.д.
Процесс сукцессии включает следующие этапы:
· возникновение не занятого жизнью участка;
· миграция на этот участок различных организмов;
· приживание организмов;
· формирование структуры биоценоза путем конкуренции;
· •преобразование местообитания для стабилизации условий среды и отношений между организмами.
Важное экологическое положение заключается в следующем: чем разнороднее и сложнее биоценоз, тем выше его устойчивость, способность противостоять различным внешним воздействиям. Устойчивость природных биоценозов определяется тем, достаточно ли слагающие их виды приспособились друг к другу в процессе эволюции, чтобы заботиться о целостности, структуре своего биогеоценоза. Взаимоотношения между хищником и его добычей или жертвой являются примером так называемой обратной связи, при которой один вид наносит ущерб другому, но не может жить без него. Другой пример: в годы, когда растительная пища для какого-либо вида насекомого в избытке, его популяция быстро размножается. Но резко возросшая численность популяции приводит к столь же резкому снижению запасов растительной пищи, в результате нехватки которой в системе обнаруживается отрицательная обратная связь, возвращающая все в исходное состояние.
Устойчивость экосистем характеризует так называемый принцип Ле Шателье. Суть его состоит в том, что при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется (действуют отрицательные обратные связи).
Дата: 2018-11-18, просмотров: 387.