Введение

К началу XXI в. биосфера Земли вступила в эпоху глобального экологического кризиса, вызванного интенсификацией индустриального воздействия человечества на окружающую среду, что привело к истощению природных ресурсов и к загрязнению биосферы техногенными отходами производства. В настоящее время ни у кого не вызывает сомнений необходимость самого широкого экологического образования населения, в первую очередь будущих молодых специалистов, призванных не только эксплуатировать природные ресурсы биосферы, но и сохранять окружающую среду в состоянии, обеспечивающем устойчивое развитие человеческого общества. Формирование экологического мировоззрения является необходимым условием преодоления нынешних и будущих кризисных ситуаций в природной среде. Для этого необходимо четко представлять основные закономерности формирования и поддержания природной среды в естественных и антропогенно измененных условиях и допустимые пределы воздействия человеческого общества на среду.

При рассмотрении экологических проблем необходимо разделять три базовых понятия: экология, охрана природы и природопользование. Понятие «экология» охватывает систему научных знаний о природной среде. Охрана природы включает как соответствующую законодательную деятельность, так и организационные и научно-технические мероприятия, обеспечивающие поддержание экологического равновесия и благоприятной среды обитания. Ключевым в понятии «природопользование» является устойчивое воспроизводство природных ресурсов и условий, необходимых для жизнедеятельности человека. Иначе говоря, оно относится к экономическим и технологическим аспектам взаимодействия человека и природы. Очевидно, что эффективность охраны природы и возможность устойчивого природопользования определяются уровнем фундаментальных знаний об экологических процессах, т. е. уровнем развития экологии.

Учебники и учебные пособия по экологии, которых насчитывается в России более двух десятков, можно условно разделить на две группы. Издания, относящиеся к первой из них, ориентированные на студентов биологических и медицинских специальностей, как правило, содержат курс экологии, рассчитанный на узких специалистов, которые в будущем будут профессионально заниматься определенными разделами экологии. Учебники и учебные пособия второй группы рассчитаны на студентов технических специальностей - будущих инженеров, призванных обеспечить технический прогресс и устойчивое функционирование современного индустриального общества. Не вдаваясь в особенности программ по экологии для этих двух категорий студентов, можно утверждать, что курс экологии в технических университетах должен содержать основы фундаментальной экологии - необходимую теоретическую базу для углубленного изучения более узких специальных дисциплин.

Инженерно-технические специалисты в силу специфики своей деятельности призваны создавать новые технологии и различные механизмы, воздействующие на окружающий мир, поэтому базовое экологическое образование для них крайне необходимо и должно быть ориентировано на сохранение окружающей среды обитания на основе понимания основных закономерностей функционирования природных экологических систем. Иными словами, учебное пособие для студентов технических университетов, в первую очередь, должно быть ориентировано на расширение их экологического кругозора и знакомство с основными понятиями и законами экологии, проблемами взаимодействия природы и цивилизации, вопросами негативного воздействия факторов окружающей среды на здоровье населения, принципами оценки состояния, охраны и мониторинга природной среды.

Большинство вышедших в последние годы учебников и учебных пособий по курсу «Экология» посвящено прикладным аспектам экологии с очень кратким изложением основ общей экологии, либо, наоборот, авторы пытаются слишком подробно представить всю совокупность знаний об окружающей среде и природных экосистемах. Не отрицая необходимости преподавания основ рационального природопользования и охраны природы, мы стремились обеспечить баланс между разделами фундаментальной и прикладной экологии.

Лекция 1 посвящена история развития взаимоотношений человеческого общества и природы. Рассмотрены основные черты адаптации хозяйственной деятельности человека к природным условиям на стадии охотничье-собирательской культуры; показаны последствия адаптации природных экосистем к системам хозяйства на стадии земледельческой культуры и рассмотрены современные формы человеческой деятельности, приводящие к преобразованию природных экосистем в глобальных масштабах (индустриальное общество).

Во второй лекции определены общие задачи экологии, рассмотрены основные фундаментальные и прикладные разделы, отражающие широкий спектр научной и хозяйственной деятельности человека, изложены законы Коммонера, которые сжато, формулируют особенности взаимодействия человека и природы.

Лекция 3 содержит основные характеристики среды обитания живых организмов - биосферы, которая охватывает всю гидросферу, нижнюю часть атмосферы и верхний слой литосферы. Кратко излагаются основные положения учения выдающегося русского ученого В.И. Вернадского о биосфере, в том числе о главенствующей роли живых организмов в формировании и поддержании современных физико-химических условий на Земле.

Лекции 4-7 посвящены рассмотрению экологических факторов (условий окружающей среды), определяющих границы существования живых организмов в биосфере. Большое внимание уделено общим и специфическим закономерностям воздействия важнейших абиотических, биотических и антропотехногенных факторов на живые организмы. Рассмотрены пределы положительного действия абиотических факторов на организмы (пределы толерантности); особенности взаимовлияния организмов одного и разных видов (биотические факторы), специфика негативного воздействия различных антропотехногенных (физических, химических и биологических) факторов на здоровье населения.

Совокупность условий существования организмов существенно различается в четырех средах жизни: водной, наземно-воздушной, почвенной и организменной (лекции 8-9). В каждой из этих сред рассмотрены специфические экологические факторы, в наибольшей степени определяющие условия жизни. Показано, что не только среда обитания влияет на условия жизни организмов, но и сами организмы формируют среду, активно участвуя во многих геохимических круговоротах химических элементов в биосфере.

В 10 лекции рассмотрены биогеохимические циклы основных биогенных (жизненно важных) элементов (углерода, азота, фосфора, серы) и участие живых организмов в круговоротах этих веществ. На большом фактическом материале показаны возможные экологические последствия нарушения сбалансированности круговорота веществ.

Основные количественные характеристики популяции (величина и плотность популяции, рождаемость, смертность, кривые выживания) рассмотрены в теме 11; проанализированы различные экологические стратегии развития популяций в эволюции биоценозов и экосистем.

Лекции 12-13 посвящены основам структурно-функционального единства природных экосистем, биоценоза и биотопа. Показано значение главных биоценотических компонентов экосистемы (автотрофов и гетеротрофов) и их участие в потоках энергии и круговороте веществ в экосистемах. Определены общие закономерности изменения интегральных и структурных компонентов экосистем в процессе эволюционного развития экосистем в ходе автотрофных и гетеротрофных, первичных и вторичных сукцессий.

В темах 14-15 освещены вопросы контроля качества и мониторинга природной среды, обоснована необходимость контроля и нормирования антропогенных воздействий на окружающую среду, введено понятие экологического мониторинга как информационной системы наблюдений, рассмотрены отдельные виды мониторинга (локальный, региональный, глобальный, фоновый).

Лекция 16 содержит анализ глобальных экологических проблем современности: демографический кризис; урбанизация; загрязнение природной среды; эрозия почв и потеря ими плодородия; разрушение озонового слоя; антропогенное изменение климата (парниковый эффект); уменьшение биологического разнообразия; снижение устойчивости природных экосистем.

В лекции 17 рассмотрены основные характеристики городской экосистемы, выделены специфические экологические факторы, воздействующие на состояние этой экосистемы, а также на здоровье человека.

Изучение этого пособия позволит будущим специалистам инженерно-технического профиля создавать новые технологии и различного рода механизмы с учетом требований экологической безопасности, минимизируя негативное влияние промышленной деятельности на биосферу.