Колесников С. И. Экология: Учебное пособие. — М.: Из­дательско-торговая корпорация «Дашков и К0»; Ростов н/Д: Наука-Пресс, 2007. — 384 с. 1 страница

Колесников С. И. Экология: Учебное пособие. — М.: Из­дательско-торговая корпорация «Дашков и К⁰»; Ростов н/Д: Наука-Пресс, 2007. — 384 с.

ISBN 5-91131-134-8

Учебное пособие написано в соответствии с Государственным об­разовательным стандартом и программой по экологии. Книга состоит из трех частей: учение о биосфере, общая экология, прикладная экология. Содержит основные законы, правила и принципы экологии, рациональ­ного природопользования и охраны природы.

Для студентов высших учебных заведений, а также для учащихся школ, лицеев, гимназий, абитуриентов, преподавателей, специалистов в области экологии, рационального природопользования и охраны ок­ружающей среды.

УДК 574; 504 ББК 28.081

© С. И. Колесников, 2006 © Наука-Пресс, 2006 © ИТК «Дашков и К°», 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ............................................................................ 13

ВВЕДЕНИЕ................................................................................... 14

Предмет, задачи и методы экологии.............................................. 14

История развития экологии............................................................ 17

Контрольные вопросы.................................................................... 22

Литература................................................................................... 23

ЧАСТЬ I. БИОСФЕРА.................................................................... 24

Глава 1. Геологические оболочки Земли......................................... 24

1.1. Общая характеристика планеты Земля 24

1.2. Атмосфера.................................................................... 28

1.3. Гидросфера......................................................................... 29

1.4. Литосфера и внутреннее строение Земли 30

1.5. Педосфера........................................................................... 34

Контрольные вопросы.................................................................... 37

Литература................................................................................... 37

Глава 2. Живое вещество............................................................... 39

2.1. Признаки живой материи............................................ 39

2.2. Уровни организации живой природы 40

2.3. Химический состав живого вещества 43

2.4. Систематика живых организмов.................................. 46

2.5. Типы питания живых организмов 47

2.6. Метаболизм живых организмов................................... 49

2.7. Экологическая характеристика основных систематических групп организмов 53

Контрольные вопросы.................................................................... 54

Литература................................................................................... 55

Глава 3. Строение и свойства биосферы......................................... 56

3.1. Структура и границы биосферы................................... 56

3.2. Вещество биосферы 60

3.3. Распределение живого вещества в биосфере 63

3.4. Свойства живого вещества................................................. 64

3.5. Функции живого вещества................................................. 65

3.6. Свойства биосферы............................................................. 68

3.7. Круговорот веществ в биосфере.......................................... 72

3.8. Ноосфера как высшая стадия эволюции биосферы............... 82

Контрольные вопросы.................................................................... 84

Литература.................................................................................. 85

ЧАСТЬ II. ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ..................................................... 87

Глава 4. Экология организмов (аутэкология).................................. 87

4.1. Среда обитания.................................................................. 87

4.2. Экологические факторы и их классификация...................... 88

4.3. Адаптации организмов к условиям среды........................... 92

4.4. Закономерности действия экологических факторов............. 93

4.5. Характеристика основных экологических факторов............ 96

4.6. Биологические ритмы....................................................... 101

4.7. Жизненные формы организмов....,................................... 103

Контрольные вопросы................................................................. 105

Литература................................................................................ 106

Глава 5. Экология популяций (демэкология).............................. 108

5.1. Понятие о популяции....................................................... 108

5.2. Статические показатели популяции...,.............................. 110

5.3. Динамические показатели популяции.............................. 114

5.4. Экологические стратегии выживания популяций............. 119

5.5. Регуляция численности (плотности) популяции................ 123

Контрольные вопросы.................................................................. 125

Литература................................................................................ 125

Глава 6. Экология сообществ и экосистем (синэкология).............. 126

6.1. Структура биоценоза....................................................... 126

6.2. Местообитание и экологическая ниша.............................. 130

6.3. Типы связей и взаимоотношений

между организмами 131

6.4. Структура и функционирование экосистем...................... 134

6.5. Биологическая продуктивность экосистем........................ 143

6.6. Динамика экосистем........................................................ 145

6.7. Природные экосистемы.................................................... 147

6.8. Антропогенные экосистемы.............................................. 154

Контрольные вопросы................................................................. 156

Литература................................................................................ 157

ЧАСТЬ III. ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ...................................... 159

Глава 7. Рациональное природопользование

и охрана природы 159

7Л. Предмет и задачи природопользования

и охраны природы 159

7 2. Мотивы рационального природопользования

и охраны природы 162

7.3. Правила рационального природопользования

и охраны природы 162

7.4. Природная среда: природные ресурсы

и природные условия 165

7.5. Классификация природных ресурсов................................ 166

7.6. Виды и степень воздействия человека на природу............ 168

7.7. Загрязнение окружающей среды 171

7.8. Малоотходные и безотходные технологии....................... 176

Контрольные вопросы................................................................. 178

Литература................................................................................ 178

Глава 8. Антропогенные воздействия на атмосферу

и ее защита 180

8.1. Загрязнение атмосферного воздуха.................................... 180

8.2. Источники загрязнения атмосферного воздуха................ 181

8.3. Экологические последствия

загрязнения атмосферы 183

8.4. Защита атмосферы............................................................ 187

Контрольные вопросы................................................................. 189

Литература................................................................................ 189

Глава 9. Антропогенные воздействия на гидросферу

и ее защита 191

9.1. Загрязнение гидросферы.................................................. 191

9.2. Источники загрязнения гидросферы.................................. 192

9.3. Экологические последствия загрязнения гидросферы...

9.4. Экологические последствия истощения вод......................

9.5. Защита гидросферы..........................................................

Контрольные вопросы.................................................................

Литература................................................................................

Глава 10. Антропогенные воздействия на почву и ее защита....

10.1. Антропогенные воздействия на почву

10.2. Защита почв

Контрольные вопросы.................................................................

Литература................................................................................

Глава 11. Антропогенные воздействия на биотические

сообщества и их защита

11.1. Деградация растительного покрова

11.2. Деградация животного мира

11.3. Защита биотических сообществ

Контрольные вопросы.................................................................

Литература................................................................................

Глава 12. Особые виды воздействия на биосферу........................

12.1. Загрязнение отходами производства

и потребления

12.2. Защита от отходов производства и потребления

12.3. Шумовое загрязнение

12.4. Защита от шумового загрязнения

12.5. Электромагнитное загрязнение

12.6. Защита от электромагнитного загрязнения

12.7. Биологическое загрязнение

12.8. Защита от биологического загрязнения

Контрольные вопросы................................................................

Литература...............................................................................

Глава 13. Проблема перенаселения.............................................

13.1. Рост численности мирового населения

в историческом аспекте

ОГЛАВЛЕНИЕ

13.2. Демографический «взрыв»:

причины и последствия 226

13.3. Рост численности населения и емкость среды 228

13.4. Урбанизация.... 232

Контрольные вопросы.................................................................. 234

Литература................................................................................. 234

Глава 14. Экологическая безопасность.......................................... 235

14.1. Понятие о чрезвычайной ситуации 235

14.2. Природные чрезвычайные ситуации 237

14.3. Техногенные чрезвычайные ситуации 246

14.4. Факторы риска 247

14.5. Нормирование качества окружающей среды 262

14.6. Система стандартов в области охраны природы 268

Контрольные вопросы.................................................................. 270

Литература................................................................................. 271

Глава 15. Организационные, правовые и экономические

методы решения экологических проблем 273

15.1. Экологическое законодательство РФ 273

15.2. Государственные органы РФ в области

охраны окружающей природной среды 277

15.3. Управление природопользованием

и охраной природы 280

15.4. Экономика природопользования

и охраны окружающей среды 282

15.5. Учет состояния природных ресурсов

(природные кадастры) 297

15.6. Особо охраняемые природные территории 298

15.7. Экологический мониторинг 300

15.8. Экологическая экспертиза 304

Контрольные вопросы.................................................................. 307

Литература................................................................................. 308

Глава 16. Международное сотрудничество

в области экологической безопасности 309

16.1. Международные объекты охраны природной среды.. 309

16.2. Международное сотрудничество в области природопользования и охраны окружающей среды... 311

Контрольные вопросы................................................................. 315

Литература............................................................................... 316

Глава 17. Концепции устойчивого развития человечества............ 317

17.1. История взаимоотношений общества и природы 317

17.2. Глобальные прогностические модели

и концепции устойчивого развития 321

17.3. Экологизация сознания.......................................... 324

Контрольные вопросы.................................................................. 324

Литература............................................................................... 324

Термины и понятия...................................................................... 329

Законы, правила и принципы экологии, рационального природопользования и охраны природы 368

Литература

90-леніию!РТУ

Стало доброй традицией в значимые для страны, для уни­верситета вехи выпускать в свет труды достойных представи­телей классического российского университета, каковым и яв­ляется наш университет.

В ряду юбилейных изданий 2006 года представлены публи­кации разных эпох, многообразие стилей и жанров, охватыва­ющих самую широкую сферу естественнонаучных и гумани­тарных отраслей знания.

Эти работы отражают опыт в решении и фундаментальных, и сугубо практических задач. Принимая во внимание продол­жающийся процесс трансформации и реформирования рос­сийской системы образования, хочется надеяться, что темы, представленные в юбилейных учебных пособиях, надолго со­хранят свою актуальность.

Отрадно отметить, что всех наших авторов объединяет ув­леченность, творческая позиция, активное стремление умно­жить славу университетской науки и передать новым поколе­ниям вневременные ценности и этические принципы.

Мировые тенденции все ярче показывают, что будущее за гибкими моделями образовательного процесса, в котором ак­тивно используются как традиционные, так и инновационные средства, методы и технологии, удовлетворяющие образова­тельные потребности обучающихся по самому широкому диа­пазону.

Образованность, гибкость мышления, умение ориентиро­ваться в огромном потоке информации становятся значитель­ными ценностями для человека на протяжении всей его жиз­ни. Эти же ценности значимы и для общества, и для государ­ства. Как сказал наш великий соотечественник М.В. Ломоно­
сов: «Не сумма знаний, а «правильный образ мышления» и нравственное воспитание — вот цель обучения». Учебные по­собия РГУ в полной мере отвечают этому критерию.

Ректор Ростовского государственного университета, профессор

ПРЕДИСЛОВИЕ

На рубеже II и III тысячелетий н. э. в мышлении человека и его практической деятельности происходит смена парадиг­мы — экономические приоритеты заменяются экологичес­кими. На смену господствовавшему вплоть до конца XX сто­летия экономическому императиву приходит экологический. Именно от того, сможет ли человечество в ближайшее время добиться разумного сочетания экономических и экологичес­ких интересов, зависит его будущее. Это единственный спо­соб не допустить перерастания глобального экологического кризиса в глобальную экологическую катастрофу.

Учебное пособие написано в соответствии с государствен­ным общеобразовательным стандартом и программой по эко­логии, рекомендованной Минобрнауки РФ. Книга состоит из трех частей: учение о биосфере, общая экология, прикладная экология. Учебное пособие содержит краткий словарь, где сформулированы основные термины и понятия, а также ос­новные законы, правила и принципы экологии, рациональ­ного природопользования и охраны природы.

Учебное пособие предназначено для студентов высших учеб­ных заведений. Оно также может быть использовано учащи­мися школ, лицеев, гимназий, абитуриентами, преподавате­лями, а также специалистами в области экологии, рациональ­ного природопользования и охраны окружающей среды.

Автор выражает глубокую признательность д.б.н. В.Ф. Валь­кову, д.г.н., профессору В.В. Браткову и д.б.н., профессо­ру В.В. Стрельникову, д.б.н. Г.Н. Огуреевой, д.г.н. К.Ш. Ка- зееву за ценные замечания и предложения.

ВВЕДЕНИЕ

Предмет, задачи и методы экологии

Предмет экологии. Экология (от греч. oikos — дом, жилище, местообитание и logos — учение) — наука о взаимоотношени­ях живых организмов между собой и со средой их обитания. Термин «экология» впервые ввел немецкий биолог Эрнст Гек­кель в 1866 г. в книге «Всеобщая морфология организмов».

Экология возникла как часть биологии. Но в настоящее время экология распалась на ряд научных дисциплин, часто далеких от первоначального ее понимания. Отмечается разно­образное толкование содержания термина «экология». Но в любом случае в основе всех современных направлений эколо­гии лежат фундаментальные идеи биоэкологии.

В последнее время экологию часто делят на биоэкологию и геоэкологию. Биоэкология — одна из биологических наук, изучающая отношения организмов (особей, популяций, со­обществ) между собой и окружающей средой. Предметом изу­чения биоэкологии (общей экологии) являются объекты орга- низменного, популяционно-видового, биоценотического, био- геоценотического и биосферного уровней организации в их взаимодействии с окружающей средой. В связи с этим выде­ляют следующие разделы биоэкологии: экология особей (аут- экология, факториальная экология), экология популяций (дем- экология, популяционная экология), экология сообществ (синэ- кология). С биоэкологией тесно связано учение о биосфере (глобальная экология). Задачи биоэкологии — изучение дву­сторонних связей в системах организм — среда, популяция

— среда, сообщество — среда, а также связей между особями в популяции и популяциями в сообществе.

В составе биоэкологии выделяют экологию систем ниже организменного уровня (эндоэкологию): молекулярную экологию;

экологию клеток и тканей', в частности экологию канцерогенеза.

По отношению к систематическим группам живых орга­низмов в составе биоэкологии выделяют экологию прокариот, грибов, растений, животных.

Геоэкология (географическая, или ландшафтная, экология) — раздел экологии, основанный на приложении экологических закономерностей к географическим процессам, применитель­но к экосистемам высоких уровней иерархии. Предметом изу­чения геоэкологии являются крупные экосистемы — биогео­ценозы, биосфера.

В составе геоэкологии можно выделить ряд разделов. По отношению к типу ландшафта выделяют экологию тундры, сте­пи, пустыни и др. ландшафтов. По отношению к средам выде­ляют экологию суши, моря, пресных водоемов и др. По отноше­нию к особым географическим подразделениям выделяют эко­логию Крайнего Севера, высокогорий, островов и т.п.

Таким образом, по размерам объектов изучения выделяют следующие разделы экологии: молекулярная экология изучает взаимодействие биомолекул с окружающей средой; экология клеток и тканей изучает взаимодействие клеток и тканей с окружающей средой; экология особей (аутоэкология, факто­риальная экология) изучает взаимодействие организма с окру­жающей средой; экология популяций (демэкология) изучает вза­имодействие между особями в популяции и популяций с ок­ружающей средой; экология сообществ (синэкология) изучает взаимодействие между популяциями в сообществе и сооб­ществ с окружающей средой; биогеоценология изучает биогео­ценозы; учение о биосфере (глобальная экология) изучает био­сферу Земли.

Прикладная экология разрабатывает принципы рациональ­ного использования природных ресурсов и сохранения среды жизни. Задача прикладной экологии — оптимизация взаимо­действия природы и общества. Ее решение возможно только на основе знания и соблюдения законов, правил и принципов экологии и природопользования. Прикладная экология вклю­чает промышленную (инженерную), сельскохозяйственную, про­мысловую, медицинскую, рекреационную, урбоэкологию и т.д.

Тесно связаны между собой экология человека и социальная экология. Предметом их изучения является взаимодействие че­
ловека и человеческого сообщества со средой, только в пер­вом случае подчеркивается биологическая составляющая че­ловека, а во втором — социальная. Выделяют экологию инди­вида (личности), социальных групп, человеческих популяций, че­ловечества.

Таким образом, в широком смысле современная экология

— комплексная (междисциплинарная) наука, синтезирующая данные естественных и общественных наук о природе и взаи­модействии природы и общества. Ее задача — изучение зако­нов взаимодействия природы и общества и оптимизация это­го взаимодействия.

Задачи экологии: изучение двусторонних связей между биологическими объектами разных уровней организации и сре­дой; изучение механизмов адаптаций к среде; изучение меха­низмов устойчивости экосистем; изучение механизмов под­держания биоразнообразия; исследование продукционных про­цессов; моделирование экологических систем и процессов; изу­чение законов взаимодействия человеческого общества и при­роды, прогноз и оптимизация этого взаимодействия и др.

Методы экологических исследований. Современная эколо­гия располагает широким набором методов исследования. Ос­новными являются следующие методы. Метод наблюдения и описания заключается в сборе и описании фактов. Сравнитель­ный метод основан на анализе сходства и различий изучаемых объектов. Исторический метод изучает ход развития исследуе­мого объекта. Метод эксперимента дает возможность изучать явления природы в заданных условиях. Метод моделирования позволяет описывать сложные природные явления относитель­но простыми моделями.

Связь экологии с другими науками. Экология тесно связана с фундаментальными науками (математикой, физикой, хими­ей), естественными (биологией, географией, геологией, поч­воведением), общественными (экономикой, социологией, по­литологией, психологией), прикладными (охраной природы, биотехнологией, растениеводством).

Значение экологии. Экология является теоретическим фун­даментом рационального природопользования и охраны при­роды. Экологические знания используются в сельском, лес­
ном и промысловом хозяйстве, экономике, медицине, социо­логии и т.д. Достижения экологии применяются при решении глобальных проблем современности: взаимоотношения обще­ства с окружающей средой, рационального природопользова­ния и охраны природы, продовольственного обеспечения.

История развития экологии

Историю развития экологии можно условно разделить на 3 этапа.

I. Этап зарождения и становления экологии как науки (с глубокой древности до середины XIX в.).

И, Этап оформления экологии в самостоятельную отрасль знаний (с середины XIX в. до середины XX в.).

III. Этап превращения экологии в междисциплинарную на­уку (с середины XX в. по настоящее время).

I. Первый этап — зарождение и становление экологии как науки (с глубокой древности до середины XIX в.). На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организ­мов со средой их обитания, делались первые научные обобще­ния. Это самый длительный в истории экологии этап.

Еще в первобытном обществе люди имели отдельные пред­ставления о повадках животных, образе их жизни, о сроках сбора растений, употребляемых для их нужд, о местах произ­растания растений, о способах выращивания и ухода за ними. Сведения подобного рода встречаются в сохранившихся па­мятниках древнеегипетской, индийской, тибетской культур. Например, в древнеиндийских сказаниях «Махабхарата» (VI— II вв. до н. э.) даются сведения о повадках и образе жизни около 50 видов животных, сообщается об изменениях числен­ности некоторых из них. В рукописных книгах Вавилонии есть описания способов обработки земли, указывается время посе­ва культурных растений, перечисляются птицы и животные, вредные для земледелия. В китайских хрониках IV—II вв. до н. э. описываются условия произрастания различных сортов культурных растений.

В античный период накопленные экологические сведения нашли свое отражение в трудах философов. Аристотель (384— 322 гг. до н. э.) описал поведение свыше 500 видов животных и классифицировал их по образу жизни и характеру потреб­ностей. В его трудах имеются сведения о перелетах птиц, миг­рации и спячке рыб, строительной деятельности животных. Ученик Аристотеля Теофраст Эрезийский (372—287 гг. до н. э.) описал особенности растений в разных условиях среды. Он отмечал зависимость формы и роста растений от типа по­чвы и климата. Им впервые было предложено разделить рас­тения на основные жизненные формы: деревья, кустарники, полукустарники, травы. Известный древнегреческий врач Гип­пократ (460—377 гг. до н. э.) в своих трудах описывал влияние факторов среды на здоровье человека.

В период Средневековья накопления экологических све­дений практически не происходило, поскольку в науке доми­нирующей была теологическая теория происхождения жиз­ни и виды считались неизменными, влияние среды вообще отрицалось. Только единичные труды этого периода содер­жат факты научного значения. Большинство из них имеют прикладной характер: описание целебных трав (Авиценна, 980—1037), культивируемых растений и животных, природы далеких стран (Марко Поло, XIII в.).

В эпоху Возрождения великие географические открытия послужили толчком дальнейшему развитию естественных наук и экологии в том числе. В этот период происходило накопле­ние и описание фактического материала о разнообразии жи­вых организмов, их распространении, выявление особеннос­тей строения растений и животных, живущих в условиях той или иной среды. Первые систематики — А. Цезальпин (1519— 1603), Д. Рей (1623—1705), Ж. Турнефор (1656—1708) утверж­дали, что существует зависимость растений от условий и мест их произрастания или возделывания. Сведения о поведении, повадках, образе жизни животных, сопровождавшие описа­ние их строения, называли «историей» жизни животных.

На основании путешествий по неизведанным краям Рос­сии в XVIII в. в трудах С.П. Крашенинникова, И.И. Лепехи­на, П.С. Палласа и др. русских исследователей указывается на изменения животного и растительного мира в зависимости от климата в различных частях обширной страны. Идеи о влия­нии среды на организм высказывали М.В. Ломоносов (1711— 1765), ученый-агроном А.Г. Болотов (1738—1833) и др.

Французский естествоиспытатель Ж. Бюффон (1707—1788) считал возможным превращения одного вида в другой под вли­янием климата, температуры, качества пищи, одомашнивания, то есть признавал изменчивость видов под влиянием внешней среды, хотя и не подкрепил этой догадки серьезными доказа­тельствами.

Другой французский натуралист Ж.Б. Ламарк (1744—1829) полагал, что влияние «внешних обстоятельств» является од­ной из основных причин возникновения у организмов адап­таций, эволюции животных и растений. Однако Ламарк не смог вскрыть механизмы эволюционного процесса. Его гипо­теза о наследовании благоприобретенных признаков оказалась несостоятельной, а утверждение о внутреннем стремлении орга­низмов к усовершенствованию — ненаучным.

С конца XVIII в. быстрыми темпами развивалась биогеог­рафия, что способствовало дальнейшему развитию экологи­ческого мышления. Основоположником экологии растений принято считать А. Гумбольдта (1769—1859), который на ос­нове своих многолетних наблюдений в Центральной и Юж­ной Америке показал влияние климатических условий, особен­но температурного фактора, на распространение растений. В 1807 г. А. Гумбольдт высказал идею об изолиниях растений, суть которой заключается в том, что в сходных географических ус­ловиях у растений разных таксономических групп вырабаты­ваются сходные «физиономические» формы, то есть одинако­вый внешний облик.

Позднее появились работы, посвященные влиянию клима­тических факторов на распространение и биологию живот­ных, среди них книги немецкого зоолога К. Глогера (1833) об изменениях птиц под влиянием климата, датчанина Т. Фабе­ра (1826) об особенностях северных птиц, К. Бергмана (1848) о географических закономерностях в изменении размеров теп­локровных животных.

А. Декандоль в 1832 г. обосновал идею, что среду, в кото­рой существуют растения, надо понимать как совокупность действующих экологических факторов, а в 1855 году отметил повышенную экологическую пластичность растений по срав­нению с животными..

Русский ученый Э.А. Эверсман (1840) разделил факторы среды на абиотические и биотические, описал примеры борь­бы и конкуренции между особями одного и разных видов.

Профессор Московского университета К.Ф. Рулье (1814— 1858) по праву считается основателем экологии животных. Он написал более 160 работ по зообиологии. Через все эти труды проходит мысль, что развитие органического мира обусловле­но влиянием изменяющейся внешней среды. Он разработал широкую систему экологических исследований животных.

Дата добавления: 2015-09-29