Введение

Целью издания данного учебного пособия является осуществление методической помощи студентам для изучения дисциплины «Экология». В изложении материала в пособии учитывается специфика специальности студентов и знаний, полученных ими при изучении интегральных дисциплин.

Цель изучения дисциплины «Экология» заключаются в формировании у студентов целостного представления о биосфере, воздействии человека в процессе хозяйственной деятельности на ее состояние; способах охраны и защиты окружающей среды. Они достигаются путем изучения структуры биосферы; биологического круговорота веществ; основных форм антропогенного воздействия на биосферу и ее загрязнение; экологических принципов рационального использования природных ресурсов и охраны природы; экозащитной техники и технологии; природоохранного законодательства; экологического мониторинга и принципах его организации.

Особое место курса «Экология» в профессиональной подготовке обусловлено наличием в структуре учебного плана таких дисциплин как почвоведение, ландшафтоведение, климатология и гидрология. Изучение этих дисциплин должно базироваться на представлении об экологической роли различных природных и антропогенных факторов в состоянии экосистем различного уровня.

Структура курса состоит из восьми разделов: экология как наука, воздействие человека на биосферу, взаимодействие организма и среды, популяционная экология, биоценозы и экосистемы, учение о биосфере, экология человека, рациональное природопользование и охрана окружающей среды.

Для контроля усвоения материала студентами в конце каждого раздела содержится список вопросов по которым они могут подготовиться, используя литературу из приведенного тут же библиографического списка.

Курс «Экология» общим объемом 180 часов, в т.ч. лекции 36 часов, лабораторные занятия – 30 часов, самостоятельная работа студентов – 108 часов, изучается в течение первого семестра. Курс завершается экзаменом. При этом до экзамена студент должен представить две контрольных работы и выполненные лабораторные работы, в которых должны быть решены задачи, репрезентирующие основные разделы курса. На экзамене студент должен ответить на три основные и дополнительные вопросы.

Раздел 1: экология как наука

1.1. Экология как наука. Законы б. Коммонера

Как ни старались люди, собравшись в одно небольшое место несколько сот тысяч, изуродовать ту землю, на которой они жались, как ни забивали камнями землю, чтобы ничего не росло на ней, как ни счищали всякую пробивающуюся травку, как ни дымили каменным углем и нефтью, как ни обрезывали деревья и ни выгоняли всех животных и птиц, - весна была весною даже и в городе.

Солнце грело, трава, оживая, росла и зеленела везде, где только не соскребли ее, не только на газонах бульваров, но и между плитами камней, и березы, тополи, черемуха распускали свои клейкие и пахучие листья, липы надували лопавшиеся почки; галки, воробьи и голуби по-весеннему радостно готовили уже гнезда, и мухи жужжали у стен, пригретые солнцем. Веселы были и растения, и птицы, и насекомые, и дети. Но люди - большие, взрослые люди - не переставали обманывать и мучать себя и друг друга. Люди считали, что священно и важно не это весеннее утро, не эта красота мира божия, данная для блага всех существ, - красота, располагающая к миру, согласию и любви, а священно и важно то, что они сами выдумали, чтобы властвовать друг над другом.

Л.Н. Толстой «Воскресение»

Наша страна – самая большая в мире. И экологические проблемы – тоже достаточно большие. Чернобыльская катастрофа и гибель Аральского моря. Но, с другой стороны, мы являемся свидетелями своеобразного «бунта природы» против человека. За последние 20 лет частота засух возросла в 8 раз, повторяемость мощных циклонов, наводнений и эпидемий – в 2 раза.

Многих тревожат мысли: что же происходит с природой? А с человеком? Неужели природа, которой «надоело» страдать от вар­варской хозяйственной деятельности человечества, начала боевые действия против обидчика? Но ведь эта война для человечества – заранее проигранная война. Победи в ней человек, и неизбежны вопросы: а где жить? чем дышать? что пить и есть? Если же победит природа – будет ли кому задать указанные вопросы?

В настоящее время понятие «экология» очень часто используется. Каждый исследователь, желающий быть современным, занимается экологией, будь то биолог, геофизик, социолог, экономист или юрист. При этом каждый специалист придает этому термину различное значение и неспециалисту нередко трудно определить, что же такое "экология".

Само слово "экология" состоит из двух греческих слов:

«ойкос», что означает дом

«логос» – наука

В буквальном смысле экология – наука об организмах «у себя дома». Впервые термин "экология" ввел известный немецкий зоолог Эрнст Геккель (1834-1919) в 1866г., когда в своем труде «Всеобщая морфология организмов» он впервые попытался дать определение сущности новой науки. Под экологией он понимал сумму знаний по изучению всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической.

Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов друг с другом и со средой обитания.

Немного цифр и статистики. Что получится, если представить себе все человечество в виде большой деревни в 100 жителей, принимая во внимание все пропорциональные соотношения? Нам захотелось это выяснить, и вот какая картина получилась:

• У 80 не будет достаточных жилищных условий;

• 70 будут неграмотными;

• 50 будут недоедать;

• 6 человек будут владеть 59% всего мирового богатства, и все шесть будут из США;

• у 1 будет компьютер,

• 1 (только один!) будет иметь высшее образование.

Если посмотреть на мир с этой точки зрения, станет ясно, что потребность в солидарности, понимании, терпимости, образовании очень высока. Подумайте об этом:

1. Если в твоем холодильнике есть еда, ты одет, у тебя есть крыша над головой и постель, ты богаче, чем 75% людей в этом мире.

2. Если у тебя есть счет в банке, деньги в кошельке и немного мелочи в копилке, ты принадлежишь к категории обеспеченных людей, которых в этом мире только 8%

3. Если сегодня утром ты проснулся здоровым, ты счастливее, чем 1 миллион человек, которые не доживут до следующей недели.

4. Если ты никогда не переживал войну, одиночество тюремного заключения, агонию пыток или голод, ты счастливее, чем 500 миллионов человек в этом мире.

5. Если ты можешь пойти в церковь без страха и угрозы заключения или смерти, ты счастливее, чем 3 миллиарда человек в этом мире.

6. Если ты читаешь этот текст, ты благословлен вдвойне, потому что:

   • кто-то позаботился о тебе, подсунув тебе пищу для ума;

   • ты не принадлежишь к тем 2 миллиардам людей, которые не умеют читать!

Всемирный фонд дикой природы (WWF, Источник РИА Новости) России выделил пять самых актуальных экологических проблем:

1. Изменение климата. Число и сила негативных последствий климатических изменений намного превосходит небольшие положительные эффекты. Изменение климата приводит к росту практически всех опасных гидрометеорологических явлений: наводнений, засух, штормовых ветров, "волн" жары и просто резких перепадов погоды. Ежегодный ущерб от этих явлений на территории России составляет более 60 миллиардов рублей. К 2020 году урожайность зерновых из-за климатических изменений снизится на Северном Кавказе более чем на 20%, в центрально-черноземных областях России, Поволжье, на Урале и в Восточной Сибири - примерно на 15%. Значительно и влияние изменения климата на здоровье населения: растет заболеваемость опасными "южными" болезнями и паразитарными инфекциями. "Как подчеркнуто в Климатической доктрине России, принятой в апреле 2009 года, проблема - глобальная, и решить ее можно только глобально.

2. Природоохранное законодательство. До настоящего времени законодательство РФ не содержит мер, которые бы стимулировали использование более экологически чистых технологий - предпринимателям выгоднее заплатить штрафы или взятки за загрязнение окружающей среды, отмечают экологи. «Постоянное реформирование природоохранных органов не позволяет создать эффективно действующую систему государственного экологического контроля и предотвращения негативного воздействия на окружающую среду. Реформы законодательства привели к тому, что даже по многим, в том числе - и самым опасным проектам не проводится экологическая экспертиза и оценка их воздействия на окружающую среду, что ведет к непредсказуемым последствиям для безопасности человека и природы», - говорится в сообщении.

3. Модернизация экономики. Кризис дает хорошую возможность России для модернизации и повышения энергоэффективности экономики: при падении производства некоторые производственные линии в любом случае приходится останавливать, что позволяет переоборудовать их без потерь в прибыли. «Отсутствие экологических приоритетов в мерах по поддержке национальной экономики приводит к снижению ее конкурентоспособности и финансированию за счет бюджета агонии неконкурентоспособных производств. Об этом свидетельствуют попытки перенести на более поздние сроки введение более высоких экологических требований, например, стандартов Евро-4¹ и Евро-5 при производстве отечественных двигателей», - считают экологи.

4. Сохранение природы. Экологическое сознание в нашем обществе еще формируется, поэтому особенно необходимо, чтобы руководство страны чаще давало моральную оценку происходящему в сфере охраны природы, считают в фонде. В частности, до сих пор со стороны руководства страны не было нравственной оценки браконьерской VIP-охоты, подобной той, которая имела место на Алтае в январе 2009 года. Ранее сообщалось, что российские экологические организации довольны решением Следственного комитета при прокуратуре РФ возбудить уголовное дело по факту незаконной охоты чиновников на горных баранов на Алтае в январе. По неофициальным данным, пассажиры вертолета Ми-171, на борту которого находился, в том числе полпред президента РФ в Госдуме Александр Косопкин, охотились на диких животных. По предположению следователей, вертолет снизился до опасной высоты и зацепил винтом склон горы Черная или попал в порыв сильного бокового ветра. В авиакатастрофе погибли семь человек, включая Косопкина.

Бари Коммонер² разработал четыре закона экологии, сформулированных в виде афоризмов.

Всё связано со всем. Первый закон обращает внимание на всеобщую связь процессов и явлений в природе. Этот закон отражает существование колоссальной сети связей в биосфере между живыми организмами и природным окружением. Любое изменение качества природной среды по существующим связям передается как внутри биогеоценозов, так и между ними, влияет на их развитие.

Что объединяет живые существа в лесу или на лугу – деревья, цветы, порхающих над ними бабочек? Гусеницы бабочек питаются листьями растений; бабочкам и шмелям необходим нектар, который дают им цветы, а семена у растений могут завязаться только после опыления цветов насекомыми.

Известна история о Дарвине, который на вопрос своих земляков о том, что им делать для увеличения урожая гречихи, ответил: «Разведите кошек». И напрасно земляки обиделись. Дарвин, зная, что в природе «все связано со всем», рассудил так – кошки переловят всех мышей, мыши перестанут разорять гнезда шмелей, шмели будут опылять гречиху и крестьяне получат хороший ее урожай.

К примеру, за последние 40 лет в непальских Гималаях было вырублено 50 процентов лесов, которые использовали либо в качестве топлива, либо для изделий из дерева. Но стоило только срубить деревья, как обрушившиеся муссонные дожди смыли почву со склонов гор. Поскольку без верхнего слоя почвы молодым деревьям невозможно пустить корни, на многих горах теперь нет растительности. Ежегодно из-за вырубки лесов Непал теряет миллионы тонн верхнего слоя почвы. Подобные проблемы есть и в других странах.

Раньше в Бангладеше проливные дожди задерживались деревьями; теперь же потоки вод беспрепятственно стекают с лишенных растительности гор на побережье, вызывая там катастрофические наводнения. В прошлом наводнения огромной разрушительной силы случались в Бангладеше раз в 50 лет, а теперь каждые четыре года или чаще. В других частях мира вырубка лесов привела к опустыниванию и изменениям климата отдельных местностей. Помимо лесов, есть и другие природные ресурсы, которые человек безжалостно расходует.

Пожары в европейской части страны летом 2010 г. и задымление территорий могут привести к настоящей экологической катастрофе. По последним данным от лесников различных хозяйств Подмосковья, в лесах вымерли ежи. Они долго не могли себе найти места, передвигались туда, где более очищенный воздух, и в конце концов все-таки погибли. А это очень опасно для леса. Ежи - главные "чистильщики" леса, которые ловят ужей, лягушек, подбирают падаль и гниль. Из-за дыма ежики умирают, и как следствие лисы почувствуют голод, будут искать пищу в других местах, станут совершать вылазки к человеческому жилью. Это может повлечь, прежде всего, проблему бешенства, потому что лисы - самые активные разносчики этой болезни.  Дым также разогнал комаров. Их не осталось даже вблизи водоемов. Это грозит тем, что теперь пропадут лягушки, которые не могут без них жить. А за лягушками исчезнут и цапли, которые занесены в Красную книгу.

Всё должно куда-то деваться. Ничто не исчезает бесследно, то или иное вещество просто перемещается с места на место, переходит из одной молекулярной формы в другую, влияя при этом на жизненные процессы живых организмов. Действие этого закона - одна из главных причин кризиса окружающей среды. Огромные количества вещества, например, нефти и руды извлечены из земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде.

Представьте, как выглядел бы обычный дом, если бы из него не выбрасывались отходы. Наша планета представляет собой такую же замкнутую систему: все, что мы выбрасываем, в конце концов должно где-то скапливаться в пределах нашего дома – Земли. Частичное разрушение озонового слоя показывает, что даже такие, казалось бы, безвредные газы, как хлорфторуглероды (фреоны), не исчезают бесследно, растворяясь в воздухе. Кроме фреонов существуют сотни других потенциально опасных веществ, которые выбрасываются в атмосферу, реки и океаны.

Сейчас в промышленной экологии разработано правило так называемого жизненного цикла вещей: давая согласие на выпуск какого-то продукта, общество должно ясно представлять, что будет с ним в дальнейшем, где закончится его существование и что придётся делать с его «останками». Ответ всегда один и тот же: надо наладить производство таким образом, чтобы отходы и «останки» одного промышленного производства стали сырьём для другого. Нередко проще приобрести новую машину, чем придумать, как избавиться от старой.

Проблема мусора сейчас очень остро стоит во всех мегаполисах. Существует огромный остров из мусора, который образовался благодаря системе океанских течений и безответственному отношению людей к природе и водным ресурсам. Печально, но этот «Великий Тихоокеанский мусорный материк», расположенный между Гавайями и Калифорнией между 135°-155° западной долготы и 35°-42° северной широты, с каждым годом продолжает разрастаться... Это самое крупное скопление пластикового мусора в Мировом океане. Площадь мусорного острова варьирует от 700 тысяч до 15 млн. км². 80% мусора происходит из наземных источников, а 20% выбрасывается с палуб кораблей. Для сравнения. Площадь РФ – 17 млн. км², а Афганистана – 640 тысяч км².

В настоящее время на территории РФ накоплено около двух миллиардов тонн токсичных отходов. Особую опасность загрязнения окружающей среды представляют отходы гальванических производств, а также отходы, содержащие ртуть и хлорорганику", - говорится в документе, размещенном на официальном сайте Роспотребнадзора. Как отмечают разработчики программы, больше всего отходов накоплено в Приволжском федеральном округе (в среднем более 400 тонн на квадратный километр). Высок уровень загрязнения токсичными отходами в Южном (267 тонн на квадратный километр) и Центральном (211 тонн на квадратный километр) федеральных округах. В Уральском федеральном округе он составляет 190 тонн на квадратный километр, в Сибирском - 139 тонн на квадратный километр, Северо-Западном - 70 тонн на квадратный километр, Дальневосточном - 16 тонн на квадратный километр.

Ничто не даётся даром (вольный перевод – в оригинале что-то вроде «Бесплатных обедов не бывает»). Глобальная экологическая система, т. е. биосфера, представляет собой единое целое, в рамках которого любой выигрыш сопряжен с потерями, но, с другой стороны, все, что извлечено из природы, должно быть возмещено. Платежей по этому векселю невозможно избежать, они могут быть только отсрочены. Например, при выращивании зерна, овощей мы извлекаем из пашни химические элементы (азот, фосфор, калий и др.), и если в нее не вносить удобрения, то урожай постепенно начинает снижаться.

Если мы не хотим вкладывать средства в охрану природы, то придется платить здоровьем, как своим, так и потомков. Этот закон базируется на результатах возникновения и развития жизни на земле, на естественном отборе в процессе эволюции жизни.

Например, ожирение. Урбанизация стимулирует развитие сети быстрого питания. Время - деньги. Городской житель предпочитает получить "сиюминутную выгоду", а старость встретить с десятками килограммов лишнего веса и букетом заболеваний. С 1980 года количество людей на нашей планете, страдающих от ожирения, удвоилось.

Природа знает лучше. Этот закон базируется на результатах возникновения и развития жизни на земле, на естественном отборе в процессе эволюции жизни. Так, для любого органического вещества, вырабатываемого организмами, в природе существует фермент, способный это вещество разложить. В природе ни одно органическое вещество не будет синтезировано, если нет средств для его разложения.

Имеет двойной смысл – одновременно призыв сблизится с природой и призыв крайне осторожно обращаться с природными системами. Пока нет абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, незнакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить. Иллюстрацией третьего закона может служить то, что один лишь математический расчет параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей планеты как твердого тела. Даже техника, созданная людьми не всегда подчиняется человеку. Природные же системы «сконструированы» по правилам, «цели» и «законы» которых не совпадают с нашими. Лес, поле, степь – всё это сложные системы, живущие по своим собственным законам, и отменить, их человеку не дано.

Иначе говоря, человеку нужно поддерживать порядок, существующий в природе, а не соревноваться с нею, считая свои решения наилучшими. В качестве примера можно привести некоторые пестициды. Поначалу они помогали фермерам вести борьбу с сорняками и истребляли практически всех опасных вредителей. Казалось, теперь-то небывалые урожаи обеспечены. Но все обернулось по-другому. Сорняки и насекомые оказывались устойчивыми к различным видами пестицидов, в то время как для животных и птиц, которые питаются насекомыми, а также для природы и человека эти вещества — ядовиты. Во всем мире насчитывается по меньшей мере миллионы таких пострадавших.

И в довершение всего появляется множество доказательств, что длительное применение пестицидов ни в коей мере не способствует повышению урожаев. Сегодня в Соединенных Штатах от насекомых погибает намного большая часть урожаев, чем до того как использование пестицидов резко увеличилось. Международный научно-исследовательский институт риса, расположенный на Филиппинах, также установил, что пестициды больше не повышают урожаи риса в странах юго-восточной Азии. И действительно, в Индонезии с 1987 года, благодаря финансируемой правительством программе, в которой ядохимикатам отводится весьма скромное место, достигнуто 15-процентное увеличение производства риса, несмотря на 65-процентное снижение использования пестицидов. И, тем не менее, каждый год земледельцы всего мира продолжают широко пользоваться ими.

Мы не имеем достоверной информации о механизме и функциях природы, поэтому легко вредим природным системам, стараясь их, как нам кажется, улучшить. Преобразование природы пагубно экономически и опасно экологически. В конечном итоге могут быть созданы условия, не пригодные для жизнедеятельности.