Экосистемные подходы в экологии. Банковское обозрение

В ходе становления науки о Земле сложилось несколько подходов к описанию функционирования ее природы: сферный, системный и средовой. В биологических науках в равной мере используется каждый из них. Эти подходы достаточно близки и часто оперируют одними и теми же родо-видовыми понятиями. В рамках системно-синергетической парадигмы при изучении биосферы целесообразно использовать экосистемный подход.

Представление о биосфере как глобальной экосистеме начало формироваться еще в середине XIX века. Его истоки - в биоценологии (греч. koinos - общий; совместно, вместе), основы которой заложил немецкий биолог К. Мебиус (1825-1908). В ее центре - учение о происхождении, строении, развитии во времени и пространстве сообществ живых организмов, проживающих на определенной территории, - биоценозах и условиях их функционирования.

Биоценоз - это сообщество различных видов организмов, связанных между собой определенными отношениями и приспособленностью к условиям окружающей среды, населяющих определенную область - биотоп (греч. topos - место, пространство). Биотоп (или экотоп) представляет совокупность взаимосвязанных участков литосферы, гидросферы и атмосферы, с которыми взаимодействуют организмы и которые являются средой их обитания и источником минеральных ресурсов.

Структура и функционирование биоценоза определяются множественностью взаимосвязей между населяющими его организмами и элементами неживой природы. Его целостность поддерживается за счет прямых и обратных связей трех функциональных групп организмов, входящих в его структуру и обеспечивающих круговорот биогенных элементов. Это продуценты (лат. producentis - производящий; организмы, способные к фото- или хемосинтезу и являющиеся в пищевой цепи первым звеном; создатели органических соединений; к ним относятся все растения), консументы (лат. consumo - потребляю; организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые продуцентами) и редуценты (лат. reducentis- восстанавливающий; организмы, разлагающие мертвую органику в неорганические вещества, которые затем вновь поступают в природные круговороты).

Каждый биологический вид включен в одну или несколько пищевых цепей. Их совокупность образует пищевые или трофические (греч. trophe - пища) сети.

Организмы, входящие в состав какого-либо биоценоза, оказываются приспособленными к определенному типу абиотических условий. В сходных природных условиях появляются сходные по своей структуре биоценозы. При этом мелкие биоценозы являются элементами более крупных. Так, обитатели прибрежной зоны водоема входят в биоценоз всего водоема, обитатели лесной поляны входят в биоценоз леса.

В дальнейшем идеи биоценологии развивались в трудах крупного русского ботаника В.Н. Сукачева (1880-1967), который создал учение о биогеоценозах .Биогеоценоз - участок земной поверхности, на котором биоценоз и биотоп объединены в целостный взаимосвязанный природный комплекс. Это более широкое понятие, чем биоценоз, так как включает в свою структуру и косные (неживые) компоненты среды обитания живых организмов. Однако это также неполная природная система, ибо в число компонентов биогеоценоза не входят некоторые важные элементы, например, рельеф местности, ее геологический фундамент, гидротермические условия и т.д. И в этом плане наиболее общим является понятие ландшафта (немецк. land - страна, schaft- вид), определяемого как территория, однородная по своему происхождению и истории развития, неделимая по зональным признакам, обладающая единым геологическим фундаментом, однотипным рельефом, общим климатом, единообразным сочетанием гидротермических условий, почв, биоценозов, однохарактерным набором простых геокомплексов.

Понятие «экосистема» было введено английским ботаником А. Тенсли (1871- 1955). Существует множество определений экосистемы, но среди них можно выделить некоторый инвариант:

экосистема - целостный, развивающийся природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и неживые компоненты связаны между собой и средой обитания потоками вещества, энергии и информации.

В рамках такого определения понятие экосистема близко к понятию биогеоценоза. В ее структуре также присутствуют две группы взаимосвязанных, входящих в ее состав элементов: экотоп и биоценоз.

В любой экосистеме каждый вид занимает определенное положение - экологическую нишу. Известный современный эколог Ю. Одум в своем учебнике «Экология»дает следующее определение: «Экологическая ниша - это не только физическое пространство (со всей присущей ему совокупностью факторов среды - температура, освещенность, влажность, минеральный состав и др.), занимаемое организмом, но и функциональная роль организма в сообществе (его трофическое положение) и его место относительно изменения внешних факторов». Это условия, в пределах которых возможно существование вида. Экологические ниши входящих в экосистему видов не могут полностью совпадать. В противном случае более сильный вид вытесняет более слабый, потеря которого в конечном итоге может привести экосистему к неустойчивости.

Как правило, факторы действуют одновременно, но степень их влияния в сложившихся конкретных условиях может существенно различаться. Отдельные компоненты экосистемы обладают разной степенью устойчивости (толерантности) по отношению к изменениям того или иного фактора. Любому организму для нормального существования необходимо наличие не просто какого-то условия, а вполне определенного интервала его значений. Например, переизбыток влаги, как и ее недостаток по сравнению с естественными потребностями организма, губительно влияют на его жизнь. Экологический фактор, который при определенном наборе условий окружающей среды ограничивает проявление жизнедеятельности населяющих ее организмов, называют лимитирующим (от лат. limes - граница, предел; ограничивающий). Одним из таких факторов является наличие питания. Сколь бы благоприятными ни были другие факторы для жизни популяции, отсутствие питания на данной территории заставляет искать новые места обитания.

· Основные законы функционирования экосистем

Законы функционирования экосистем изучает наука экология. В наиболее простой форме, доступной для понимания, общие законы экологии были сформулированы Б. Коммонером в его знаменитой книге «Замыкающийся круг»:

Все связано со всем;

Ничего не дается даром;

Все должно куда-то деваться;

Природа знает лучше.

Скорее, это афористические высказывания, основанные на эмпирических наблюдениях. Первый закон отражает всеобщую взаимосвязь явлений и процессов, происходящих в окружающем мире. Второй закон утверждает, что любая открытая система может развиваться только благодаря поступающим в нее извне ресурсам в виде вещества, энергии и информации. И нет ни одной системы, которая бы полностью использовала эти ресурсы, то есть невозможно иметь коэффициент полезного действия в 100%, ибо в любой системе всегда будут ресурсы, которые она выбрасывает в окружающее пространство в виде «отходов». В природе эти отходы являются полноценным ресурсом для систем более низкого иерархического уровня. Например, отходы жизнедеятельности продуцентов и консументов являются пищей для редуцентов. В техносфере отходы производств зачастую выбрасываются в окружающую среду и становятся «загрязнителями». Таким образом, «природа знает лучше» и использует в конечном итоге все имеющиеся ресурсы. Этому способствуют естественные круговороты биогенных элементов.

Как и любая отрасль знания, экология вскрывает и более частные, специфические законы развития экосистем. Современная экология вскрыла несколько десятков законов функционирования экосистем. Наиболее важные из них:

1. Закон необходимого разнообразия. Устойчивость экосистемы во многом обусловлена разнообразием видового состава входящих в нее сообществ. Она не может состоять только из организмов одного вида. В ней в обязательном порядке должны сосуществовать продуценты, консументы и редуценты, жизнедеятельность которых обуславливает в экосистеме естественный круговорот биогенных элементов.

2. Закон развития экосистем. Развитие экосистемы можно рассматривать как смену одних сообществ другими, с иным набором господствующих видов, изменение видового разнообразия, изменение пространственной и трофической структуры. Эта смена получила название сукцессии. Выделяют три ее этапа: стадия роста (продукция экосистемы растет до максимума), стабилизации (количество продукции в течение какого-то времени остается постоянным) и климакса (продуктивность катастрофически падает и опускается до нуля). В естественных условиях (без вмешательства человека) экосистемы стремятся за счет саморегуляции к достижению максимальной стабильности и сохранению разнообразия.

3. Закон экспоненциального роста популяции. В благоприятных условиях рост численности (y ) любой популяции, в том числе и человечества, с течением времени (x ) при благоприятных условиях происходит по экспоненциальному закону (лат. exponens- показывающий; показательная функция y = e x , где е = 2,72). До некоторого момента численностьнарастает медленно. По достижении определенного значения «x »начинается ее последовательное удвоение, причем промежутки времени, в течение которых это происходит, сокращаются. Однако в реальности рост численности происходит значительно медленнее. Этому есть несколько причин: нехватка ресурсов, из которых организмы строят свои тела, неблагоприятные внешние условия, гибель до наступления репродуктивного периода и другие.

4. Закон Либиха - Шелфорда. В общем виде это звучит так. У каждого организма существуют определенные границы выносливости (или толерантности) к факторам окружающей среды. Лимитирующим для развития организмов может быть как минимальное, так и максимальное значение экологического фактора. Оптимальными для организма являются промежуточные значения. При этом организмы могут иметь широкие границы устойчивости по отношению к одному фактору и узкие - к другому. Наиболее распространенными в биосфере оказываются виды с широкими границами толерантности по всем факторам. Если условия для существования вида неоптимальны по одному фактору, то могут сузиться диапазоны толерантности и по другим.

5. Закон конкурентного исключения. Два вида, занимающие одну экологическую нишу, не могут устойчиво сосуществовать на одной территории бесконечно долго, если рост их численности ограничен одним и тем же жизненно важным ресурсом. Побеждает тот из них, у которого более высока толерантность. Вид, не выдержавший конкуренции, оттесняется за пределы ниши и должен приспосабливаться к более тяжелым экологическим условиям.

6. Принцип Ле-Шателье - Брауна был установлен в конце XIX века для термодинамических систем: внешнее воздействие, выводящее систему из термодинамического равновесия, вызывает в ней процессы, стремящиеся ослабить результаты этого воздействия. Применительно к экосистеме это может быть сформулировано следующим образом: в естественных условиях в экосистеме самопроизвольно устанавливается подвижное равновесие, благодаря которому она сохраняет свое стабильное состояние. В случает интенсивного хозяйственного вмешательства человека это равновесие в экосистеме нарушается, размыкаются биотические круговороты веществ, что в конечном итоге может привести к разрушению экосистемы.

· Биосфера как глобальная экосистема

Впервые термин «биосфера» был введен в научный обиход австрийским геологом Э. Зюссом (1831-1914) в 1875 году. Современное учение о биосфере разработал наш соотечественник В.И. Вернадский (1863-1945). Биосфера, по его определению, это область существования живого вещества, которая включает нижнюю часть атмосферы, всю гидросферу и верхнюю часть литосферы. Это активная оболочка Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов (в том числе и человека) проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба.

Биосфера является глобальной (франц. global - всеобщий) экосистемой, которая включает все экосистемы Земли. Это сложноорганизованная иерархическая система, между подсистемами которой (организмы, популяции, сообщества, экосистемы) взаимодействия осуществляются посредством обмена веществом, энергией и информацией.

Границы биосферы определяются наличием пригодных для существования живых организмов абиотических условий. Живое вещество занимает очень узкий пространственный интервал на границе микро - и макромира. Верхняя граница биосферы определяется высотой полета птиц (около 12 км), хотя микроорганизмы обнаруживаются и на значительно больших высотах. Нижняя граница биосферы простирается до 3 км в глубь литосферы и до 11 км в глубь гидросферы. Распределение живого вещества внутри биосферы неравномерно. Основная его масса сосредоточена в тонком приземном слое - биостроме (до нескольких сотен метров).

Биосфера, как и любая экосистема, может быть представлена в виде взаимосвязанной совокупности, состоящей из экотопаи биоценоза.

Средний элементный состав живого вещества состоит из наиболее распространенных во Вселенной элементов. От состава экотопа он существенно отличается высоким содержанием биогенных элементов - углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора и серы.

В настоящее время на Земле известно около 500 тыс. видов растений и 1,5 млн видов животных. Соотношение между разными типами организмов можно представить в виде «волчка жизни» (по Н.Ф. Реймерсу). Устойчивое равновесное движение волчка обуславливается пропорциональностью его частей и количеством поступающей от Солнца энергии.

Изменение солнечной активности может привести к существенному изменению соотношения видов, что неоднократно наблюдалось в истории развития биосферы.

Каждый организм представляет собой самоорганизующуюся систему, состоящую из множества функционально согласованных органных систем (нервная, пищеварительная, гормональная, кровеносная, выделительная), основу которых составляют отдельные, согласованно функционирующие органы, состоящие из специализированных клеток. Все организмы и их сообщества находятся в тесном взаимодействии между собой. Их биомасса оценивается в 1, 8*10 5 кг сухого вещества, при этом биомасса организмов океана составляет всего 0,13% от всей биомассы планеты.

· Самоорганизация и эволюция биосферы

Биосфера является открытой самоорганизующейся системой . Ее эволюция осуществляется благодаря энергоинформационному обмену с окружающим пространством. Временной ход развития биосферы носит направленный характер и выражается в повышении уровня организации, нарастании усложнения и упорядоченности живого вещества: последовательное появление прокариотов (клеток без ядра) - эукариотов (клеток с ядром) - многоклеточных организмов - организмов с твердыми скелетами - организмов с высокоразвитой нервной системой и мозгом - возникновение разумного человека и общества. Этот процесс можно представить как чередование этапов медленных постепенных изменений, прерываемых скачкообразными переходами к новым качественным состояниям.

Процессы самоорганизации биосферы во многом определяются солнечно-земными связями, и прежде всего потоками солнечной энергии, их качеством и периодичностью поступления. Достаточно давно человеком было замечено, что на Земле с определенной повторяемостью изменяется численность отдельных популяций животных и урожайность культур. Обобщил имеющиеся эмпирические данные и дал им теоретическое обоснование А.Л. Чижевский (1897-1964), представив их как «земное эхо солнечных бурь».

Изменение абиотических условий неоднократно приводило биосферу в неустойчивое состояние и ставило живое на грань вымирания. В точках бифуркации неизменно происходила смена форм живого вещества на более приспособленные к новым условиям. Она была связана с изменением строения и функций существующих структурных элементов организмов, появлением и развитием новых органных систем. Но и из старых форм сохранялись отдельные виды, сумевшие выжить. И сегодня мы наблюдаем следы былых биосфер Земли. Благодаря им существует то великое многообразие живых организмов, которое в конечном итоге определяет устойчивость ее развития. Однако в последнее столетие она оказалась нарушенной вследствие интенсивной производственной деятельности человека. Это чревато катастрофическими последствиями не только для живого вещества, но и всей планеты в целом.

ГУМАНИТАРНАЯ КАРТИНА МИРА

Экосистема - «любое природное

образование от кочки до оболочки»

Г.К. Ефремов

1. Понятие экосистема. Свойства экосистемы.

2. Концепция биогеоценоза. Отличия биогеоценоза от экосистемы.

3. Структура экосистемы.

4. Типы взаимоотношений в биогеоценозе.

5. Динамичность экосистемы.

1. Раздел экологии, изучающий взаимоотношения популяций, сообществ и экосистем со средой называется синэкологией. Термин экосистема впервые ввел английский ботаник-эколог А. Тенсли в 1935 году. Под экосистемой понимается любая система, состоящая из живых существ и среды обитания, объединенных в единое функциональное целое. С точки зрения А. Тенсли понятие «экосистема» приложимо для обозначения систем, обеспечивающих круговорот любого ранга. Экосистема - основная функциональная единица в экологии.

«Любая единица (биосистема), включающая все совместно функционирующие организмы (биотическое сообщество) на дан­ном участке и взаимодействующая с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенные биоти­ческие структуры и круговорот веществ между живой и нежи­вой частями, представляют собойэкологическую систему, или экосистему» (Ю. Одум, 1986).

Выделяют экосистемы различного ранга: микроэкосистемы (труп животного с микроорганизмами, дерево в стадии разложения, аквариум, лужица, капля воды, подушка лишайника), мезоэкосистемы (лес, пруд, река); макроэкосистемы (океан, континент, природная зона); глобальная экосистема (биосфера в целом). Географ и писатель Ефремов Г.К. дал шутливое определение: экосистема «любое природное образование от кочки до оболочки».

С точки зрения среды обитания выделяют следующие типы экосистем:

Наземные (биомы): Пресноводные: Морские:

Тундра, Хвойные реки, ручьи,озера, открытый океан,

бореальные леса, болота, пруды и др. эстуарии, рифтовые

Степи, Саванны, Пустыни. зоны, районы апвеллинга.

Свойства экосистемы:

1. эмерджентность (анг. Эмердженс – неожиданно появляющийся): наличие у целого (экосистемы) особых свойств, не присущих элементам. Одна ель не составляет хвойный лес, которому свойственны микроклимат, взаимосвязи и т.д.

2. биоразнообразие: любая система не может состоять из абсолютно одинаковых элементов, разнообразие элементов является необходимым условием функционирования. Закономерность: чем разнообразнее экосистема (биогеоценоз), тем устойчивее система.

3. динамичность: любая экосистема способна поддерживать свою устойчивость и самосохраняться. Устойчивое или стационарное состояние динамической системы поддерживается непрерывно выполняемой внешней работой для чего необходим приток энергии,ее преобразование в системе и отток за пределы системы.

4. неравновесность: системы, функционирующие с участием живых организмов являются открытыми, поэтому для них характерно поступление и отток энергии и вещества, что невозможно осуществить в условиях равновесного состояния.

5. Саморегуляция: гомеостаз - способность биологических систем - орга­низма, популяции и экосистем - противостоять изменениям и сохранять равновесие.

Таким образом, любая экосистема представляет собой открытую, динамичную, неравновесную экосистему.

2. Термин биогеоценоз предложен В.Н. Сукачевым в 1942 году. Это понятие территориальное, относящееся к участкам суши, занятых фитоценозами (по сути близко к понятию экосистема). Концепции экосистемы и биогеоценоза дополняют и обогащают друг друга. Для биоценозов характерны относительно устойчивый состав фауны и флоры, они обладают типичным набором живых организмов, которые сохраняют свои основные признаки во времени и пространстве. Биогеоценоз в отличии от экосистемы имеет более четкие границы. Поэтому различают сосняк бруснично-черничный, дубрава г. Брянска и т. д.

Ценоз – совокупность каких-либо живых организмов.

Биотоп (топос-место) – место проживания определенного ценоза.

Фитоценоз – совокупность сообщества растительных организмов, произрастающих на одной территории.

Зооценоз – совокупность животных, обитающих на одной территории.

Микробоценоз – совокупность микроорганизмов, обитающих на одной территории.

Биоценоз – организованнная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов, микроорганизмов, живущих совместно в практически одних и тех же условиях среды.

Биогерценоз- совокупность фитоценоза, зооценоза, микробоценоза, проживающего на одном биотопе.

3. Структура экосистемы. Биогеоценозу присущи специфика взаимодействий слагающих его компонентов, их особая структура и определенный тип обмена веществ и энергии между собой и другими субъектами природной среды.

А) С точки зрения объекта в состав экосистемы входят такие компоненты:

1) не­органические вещества (С, N, СО 2 , Н 2 О, Р, О и др.), участвую­щие в круговоротах; 2) органические соединения (белки, угле­воды, липиды, гумусовые вещества и др.), связывающие био­тическую и абиотическую части; 3) воздушная, водная и суб­стратная среды, включающие абиотические факторы; 4) про­дуценты - автотрофные организмы, в основном зеленые рас­тения, способные производить пищу из простых неорганиче­ских веществ; 5) консументы, или фаготрофы (пожирате­ли), - гетеротрофы, в основном животные, питающиеся другими организмами или частицами органического вещества; 6) редуценты, или сапротрофы (питающиеся гнилью), - ге­теротрофные организмы, в основном бактерии и грибы, полу­чающие энергию путем разложения отмершей или поглоще­ния растворенной органики. Сапротрофы высвобождают неор­ганические элементы питания для продуцентов и, кроме того, являются пищей для консументов.

Между структурными компонентами существует тесная пищевая взаимосвязь (пищевая цепь). Цепь питания –перенос энергии от ее источника через ряд организмов путем поедания одних другими.

Продуценты → консументы 1порядка → консументы 2 порядка → консументы 3 порядка → редуценты

Если цепь питания начинается с продуцентов, то называется пастбищная, если с редуцентов, то детритная. В экосистемах пищевые цепи не изолированы, а тесно переплетены и образуют пищевые сети. Место каждого звена в цепи питания называется трофическим уровнем. Конечным результатом пищевой цепи является рассеивание и потеря энергии, поэтому она состоит из 5….6 звеньев не более.

Функциональная схема экосистемы:

Функциональные взаимосвязи, т. е. трофическую структу­ру, можно изобразить графически, в виде так называемых эко­логических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды. Известны три основных типа экологиче­ских пирамид: 1) пирамида чисел, отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона); 2) пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества, - об­щий сухой вес, калорийность и т.д.; 3) пирамида продукции (или энергии), имеющая универсальный характер, показываю­щая изменение первичной продукции (или энергии) на после­довательных трофических уровнях.

Б) С точки зрения вида различают - видовую структуру биоценоза: характеризует разнообразие в нем видов и соотношение их численности или массы. Чем выше видовое разнообразие, тем стабильнее биоценоз.

В) С точки зрения времени- пространственная структура: в ходе длительного эволюционного преобразования, приспосабливаясь к определенным абиотическим и биотическим условиям, живые организмы в итоге приобрели четкое ярусное строение.

Г) С точки зрения экологической ниши – экологическая структура: каждый биоценоз складывается из определенных экологических групп организмов, которые могут иметь неодинаковый видовой состав, хотя и занимают сходные экологические ниши. Например, мухоловка-пеструшка и садовая горихвостка ловят насекомых в одном и том же лесу. Однако первая охотится только на уровне крон деревьев, а другая - в кустарниках и над почвой. Головастик питается растительной пищей, а взрослая лягушка- плотоядное животное.

4. Межвидовые взаимоотношения разно­образны. Два живущие рядом вида могут вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно. Возможные типы комбинаций и отражают раз­личные виды взаимоотношений:

нейтрализм - оба вида независимы и не оказывают ни­какого действия друг на друга;

конкуренция - каждый из видов оказывает на другой не­благоприятное воздействие;

мутуализм - виды не могут существовать друг без дру­га (лишайник: водоросль и гриб; медоед и медоуказчик);

протокооперация (содружество) - оба вида образуют со­общество, но могут существовать и раздельно, хотя со­общество приносит им обоим пользу (кищечнополостные и краб, птицы – «чистильщики», уничтожающие личинок в коже у буйволов, лосей, кабанов, ослов, оленей, слонов, антилоп и др., птицы – “чистильщики» зубов крокодилов - тиркушки);

комменсализм - один вид, комменсал, извлекает поль­зу от сожительства, а другой вид - хозяин не имеет ни­какой выгоды (взаимная терпимость: мальки ставриды под колоколом медуз, гриф и лев);

аменсализм - один вид, аменсал, испытывает от друго­го угнетение роста и размножения (обычно наблюдается в растительном мире: клубника, если не обрывать усов, угнетающее сказывается на плодоношение и размеры, листовой поверхности);

хищничество - хищный вид питается своей жертвой. Является широко распространенным типом биотических отношений в природе.

Уникальным типом биотических связей является аллелопатия – химическое воздействие одних видов растений на другие при помощи своих продуктов метаболизма (эфирных масел, фитоциндов и т.д.). Например, орех и дуб своими выделениями угнетают травянистую растительность и размножение многих животных.

Качество окружающей среды.

Нормированиекачества окружающей природной среды. Виды нормирования. Преимущества и недостатки каждого вида нормирования.

Важнейшие принципы теоретической экология по сохранению экосистем.Экзистанционный потенциал экосистем.

Основные принципы и правила охраны окружающей среды.

Основные направления по соблюдению этих принципов. Переход к эко-экономике - смене приоритетов производства.

Охрана окружающей природной среды тесно связана с природопользованием.

Безусловно, что развитие хозяйственной деятельности допустимо лишь в пределах жизнеподдерживающей способности экосистем планеты.

Одной из важнейших проблем природопользования является сохранение качества окружающей среды.

Основными критериями качества средыдолжно быть состояние и функционирование живых организмов, присущих той или иной экосистеме.

Поэтому пределы концентра­ций вредных веществ должны быть такими,

при которых:

Не нарушаются жизненные функции в каком-либо из звеньев пищевой цепи;

- не нарушаются функции, регулирующие процессы геохимического самоочищения экосистем;

- не понижается биологическая продуктивность экосистемы;

- сохранялся бы необходимый для существования экосистемы гено­фонд.

На соблюдение этих условий направлено природоохранительное зако­нодательство, в соответствии с которым осуществляется нормирование качества окружающей природной среды.

Нормирование в целом устанавливает граничные условия (нормативы) как на собственно источники и факторы воздействия (прежде всего, обусловленные хозяйст­венной деятельностью), так и на характеристики среды и откли­ки экосистем .

Однако принципы, положенные в основу отдельных видов нормирования не обеспечивают защиту экосистемы. Так, в основу санитарно-гигиенического норми­рования положенп ринцип антропоцентризма. Однако человек не самый чувствительный из биологи­ческих видов, и принцип «защищен человек - защищены и экосистемы», оказался неверным.Кроме того, санитарно-гигиеническое нормирование ох­ватывает все среды, различные пути поступления вредных ве­ществ в организм, но редко отражаеткомбинированное действие (одновременное или последовательное действие нескольких ве­ществ при одном и том же пути поступления), не учитывает эф­фектовкомплексного действия (поступление вредных веществ в организм различными путями и с различными средами - с воз­духом, водой, пищей, через кожные покровы) исочетаемого воз­действия всего многообразия физических, химических и биоло­гических факторов окружающей среды. Существуют лишь ограниченные перечни веществ, обладающих эффектов суммации при их одновременном содержании в атмосферном воздухе.

Экологическое нормирова­ние предполагает учет так называемой допустимой нагрузки на экосистему.Допустимой нагрузкой считается такая, под воздей­ствием которой отклонение от нормального состояния системы не превышает естественных изменений и, следовательно, не вы­зывает нежелательных последствий у живых организмов и не ве­дет к ухудшению качества среды. К настоящему времени извест­ны лишь некоторые попытки учета нагрузки для растений суши и для сообществ водоемов рыбохозяйственного назначения.

Как экологическое, так и санитарно-гигиеническое норми­рование основаны на знании эффектов, оказываемых разнооб­разными факторами воздействия на живые организмы и опре­деляют качество окружающей среды по отношению к здоровью человека и состоянию экосистем, но не указывают на источник воздействия и не регулируют его деятельность .

Требования, предъявляемые собственно к источникам воздействия, отражают научно-технические нормативы . Научно-техническое нормирование предполагает введение ог­раничений деятельности хозяйственных объектов в отношении загрязнения окружающей среды, иными словами, определяет предельно допустимые потоки вредных веществ, которые могут поступать от источников воздействия в воздух, воду, почву. К таковым относятся нормативы выбросов и сбросов вредных веществ (ПДВ и ПДС соответст­венно), лимиты размещения отходов, а также технологические, строительные, градостроительные нормы и правила, содержащие требования по охране окружающей природной среды.

Сбалансированное хозяйственное развитие должно базироваться на механизмах биологической стабилизации окружающей среды, которые приоритетны по сравнению с технико-технологическими средствами.

Такой переход требует кардинальных преобразований, в центре которых - экологизация всех основных видов деятельности человечества, самого человека, изменение его сознания и созидание нового общества.

«Конечной целью» движения по этому пути станет формирование ноосферы или чего-то подобного ей в планетарном масштабе.

Научной основой всех мероприятий по сохранению экосистем служит теоретическая экология, важнейшие принципы которой ориентированы на поддержание гомеостаза или способности к саморегуляции экосистем и сохранение их экзистанционного потенциала или способности к существованию и функционированию.

Различают следующие пределы экзистенции: предел антропогенности – устойчивости к негативному антропогенному воздействию, например, к пестицидам; предел стохетотолерантности или - устойчивости к стихийным бедствиям (ветрам, лавинам и т.д.); предел потенциальной регенеративности – способности к самовосстановлению.

Экологически обоснованное рациональное природопользование заключается в максимально возможном повышении этих пределов и достижении высокой продуктивности всех звеньев трофических природных экосистем.

Экологизация производства предполагает учет всех видов взаимодействия технологического процесса с окружающей средой и принятия мер по предотвращению отрицательных последствий (отходы включены в естественные циклы круговорота веществ).

Стратегия устойчивого развития, формирование экологического сознания, позволит удовлетворить нужды настоящего и будущих поколений.

К настоящему времени сформировалисьо сновные принципы и правила охраны окружающей среды, основные направления по соблюдению этих принципов.

Основные принципы и правила охраны окружающей среды заключаются в следующем:

- научно-техническое совершенствование производства направленное на повышение полноты использования природных ресурсов;

Сочетание экономичности с экологичностью при использовании и воспроизводстве природных ресурсов;

- комплексный подход к сохранению в целом единой экосистемы.

Основные направления по соблюдению этих принципов :

- технологогическое (совершенствование технологий производства);

- экономическое (совершенствование экономических механизмов);

- административно-правовое (применение мер административного наказания и юридической ответственности);

- эколого-просветительское (гармонизация экологического мышления);

- международародно-правовое (гармонизация международных отношений).

На современном этапе возникла специальная система управления качеством окружающей среды - экологический менеджмент.

Как показывает жизнь, в принципе уже сформировалось новое прогрессивное, информационное пространство, сфокусированное на экологических вопросах, без вхождения в которое ни один предприниматель теперь не может профессионально заниматься своим делом.

Процессы мирового социально-экономического переустройства породили целевую установку деятельности менеджеров на эколого-безопасностное управление и эколого-экономическое регулирование хозяйственных систем разных уровней. Оказалось, что предприниматель становится лидером и добивается увеличения прибыли и повышения конкурентоспособности как на национальном, так и на международном уровнях только, если он внедряет экопрограммы в промышленную, торговую и финансовую деятельность, тесно взаимодействуя с правительством и общественными структурами.

В 2005 г. вступил в силу Киотский протокол, в котором для 35 развитых стран установлены квоты по сокращению выбросов.

Разрешено торговать квотами на выбросы парниковых газов, что может принести, странам, которые не достигают до установленного для них минимума, немалую прибыль.

Еще один выгодный механизм - проекты совместного осуществления модернизации промышленных объектов, внедрение энергосберегающих и экологичных технологий на западные инвестиции в обмен на квоты.

По мере постепенной переориентации конъюнктуры рынка на инвестирование проектов, предполагающих разработку и практическое применение ресурсосберегающих и малоотходных технологий, можно спрогнозировать дальнейшее повышение роли консультационных фирм, специализирующихся в области сложных, с потребительской или технической точек зрения, товаров (зачастую еще неизвестных потенциальным покупателям), рынок которых мало диверсифицирован.

Глобальной перестройке традиционного экономического здания способствовала превращение природоохранной деятельности предприятий в самостоятельную сферу экологического предпринимательства . Так, в начале 90-х годов некоторые новые формы частного предпринимательства – кооперативы специализировались на утилизации отходов целого ряда производств. Полученные в результате очистки отходящих газов, конденсата и сточных вод цинк, серебро, медь и другие ценные продукты продавались за рубеж по ценам мирового рынка, а полученные доходы вкладывались в новые технологии, т.е. возникали предпосылки для многостороннего стимулирования частных инвестиций в мероприятия, обеспечивавшие побочный природоохранный эффект: оздоровление воздушного бассейна и водоемов, глубокую очистку сточных вод и т.п. Как видим, приоритеты поменялись местами, и коммерческие интересы частного предпринимательства вывели на результаты общественных интересов - оздоровление окружающей природной среды.

Порой первоначальное решение собственных экологических проблем позволяет некоторым предприятиям открывать еще мало изведанные пути получения дополнительной прибыли благодаря хорошо поставленному обмену опытом, который в условиях рыночной экономики может давать ощутимый экономический эффект и создавать предприятию имидж ведущего ориентира отраслевой или региональной экономики и управления.

Еще пример, когда взоры предпринимателей устремились к рассредоточенным по планете топливно-энергетическим комплексам, обеспечивающим нормальную жизнедеятельность человечества. Известно, что реальные приоритеты в сфере финансирования эколого-экономической деятельности энергетических структур и обслуживаемых ими объектов во многих странах коррелируют с их техногенной нагрузкой на окружающую среду и с ранжированием энергоносителей по количеству производимой энергии (уголь - мазут - природный газ - гидроресурсы - ядерное топливо - ветровые ресурсы - энергия, накапливаемая в солнечных батареях, - ресурсный потенциал биомассы). Немаловажную роль играет и экономия энергоресурсов.

В связи с этим, ожидалось, что модернизация энергетической сферы будет заключаться в реконструкции и обновления оборудования, повышении эффективности использования энергоресурсов и практического освоения нетрадиционных источников энергии. Но практика показала, что энергосбережение за счет установки тепло-, водо- и газовых счетчиков в тех же количествах, что и эксплуатировалось ранее, составляет лишь 25% от необходимого количества. В результате возникло альтернативное решение: изменения в структуре топливно-энергетического баланса и снижение интегральной энергоемкости некоторых видов продукции, что сделали возможным создание в качестве независимых производителей электроэнергии электростанций нового поколения и новых сетевых энергокомпаний.

Таким образом, переход к эко-экономике не означает сокращение производства как такового. Речь идет лишь о смене приоритетов производства.

Основная литература: 1, 2, 3

Дополнительная литература:1

Контрольные вопросы:

1) Охарактеризуете качество окружающей среды;

2) Основные критерии качества окружающей среды;

3) Каким образом природоохранное законодательство способствует сохранению качества окружающей природной среды. Преимущества и недостатки принимаемых мер;

4) Что означает экзистанционный потенциал экосистем;

5) Основные принципы и правила охраны окружающей среды. Основные направления по соблюдению этих принципов.

Основная литература:

1. Основы природопользования: экологические, экономические и правовые аспекты. Учебное пособие/ А.Е.Воробьев и др. – Ростов н/Д: Феникс. 2006. – 544 с.

2. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология (серия «Высшее образование). – Ростов н/Д: Феникс. 2003. – 576 с.

3. Нуркеев С.С., Мусина У.Ш. Экология. Учебн. пособие.- Алматы: КазНТУ. – 2005. 485 с.

Дополнительная литература:

2. Ильин В.И. Экология. Учебное пособие. – М.: Перспектива. 2007. – 298 с.

Практическое занятие:

Тема.Концепция перехода Республики Казахстан к устойчивому развитию на 2007-2024 гг.

Задание 1: Понятие термина «устойчивое развитие».

Что в вашей жизни считается «устойчивым», и что, по вашему мнению, нуждается в «развитии» жизни. Ваши мнения и рассуждения необходимо внести в таблицу в краткой форме:

Задание 2: Цель, задачи и этапы перехода к устойчивому развитию

Прокомментируйте цель, задачи и этапы перехода к устойчивому развитию.

Задание 3: Пути реализации задач в области устойчивого развития

Прокомментируйте пути реализации задач в области устойчивого развития.

Литература: 2осн., 2доп.

Составители:

доцент, к.т.н. Бейсекова Т.И. – раздел 2. Стратегии и цели устойчивого развития.

доцент, к.т.н. Лапшина И.З. – раздел 1. Экология

Поскольку популяции и экосистемы сложены множеством организмов, поскольку на каждый организм и на их совокупности, будь то отдельная группировка, популяция или ценоз, действуют не один, а сразу несколько экологических факторов и к тому на протяжении разных отрезков времени, постольку и связи, и свойства перечисленных объектов оказываются многочисленными и разнообразными. Поэтому методологией, главным принципом всех экологических исследований является системный подход, учитывающий как особенности самих объектов исследований, так и факторов эти особенности определяющие.

В зависимости от того, что является объектом, и какова цель исследований используются разные подходы: популяционный (популяция – совокупность особей одного вида), экосистемный, эволюционный и исторический.

Популяционный подход предусматривает изучение размещения в пространстве, особенности поведения и миграции (у животных), процессов размножения (у животных) и возобновления (у растений), физиологических, биохимических, продукционных и других процессов, зависимости всех показателей от биотических и абиотических факторов. Исследования проводятся с учетом структуры и динамики (сезонной, онтогенетической, антропогенной) популяций, численности ее организмов. Популяционный подход обеспечивает теоретическую базу для прогнозирования рождаемости (в растит. сообществе – возобновления), выживания (динамики жизненного состояния) и смертности (распада, гибели). Он позволяет прогнозировать вспышки вредителей в лесном и сельском хозяйстве, позволяет выявить критическую численность вида, необходимую для его выживания.

Экосистемный подход выдвигает на первый план общность структурно-функциональной организации всех экосистем, независимо от от состава сообществ, среды и места их обитания. Основное внимание при этом подходе уделяется изучению потока энергии и циклам круговорота веществ в экосистемах, установлению функциональных связей между биологической составляющей и окружающей средой, т.е. между биотическими факторами и абиотическими. Экосистемный подход предусматривает всестороннее изучение всех популяций живых организмов сообщества (растения, микроорганизмы, животные) с учетом влияния на них ограничивающих факторов (эдафические, топографические, климатические). При этом подходе пристальное внимание уделяется анализу местообитаний, так как параметры факторов среды: физико-химические свойства почв, теплообеспеченность, влажность, освещенность, скорость ветра, и др., легко измеряются и поддаются классификации.

В качестве примера успешности экосистемного подхода к изучению биосферы можно привести итоги работы ученых из разных стран, работавших с 1964 по 1980 гг. по Международной биологической программе (МБП). Конечной целью МБП было выявление запасов и законов воспроизводства органического вещества, его качественного (фракционного) состава по всем природным зонам и в целом на планете, с тем, чтобы предотвратить возможные нарушения биологического равновесия в глобальном масштабе. Благодаря выполнению данной программы была решена актуальнейшая задача – выяснить максимально возможные нормы изъятия биомассы для нужд человечества.

Эволюционный и исторический подходы позволяют рассматривать изменения экосистем и их компонентов во времени. Эволюционный подход дает возможность понять основные закономерности, которые действовали в экосфере до того, как антропогенный фактор стал одним из определяющих. Он позволяет реконструировать экосистемы прошлого, принимая во внимание палеонтологические данные (анализ пыльцы, ископаемые остатки). В основе исторического подхода лежат изменения, обусловленные развитием цивилизации (от неолита до настоящего времени) и производствами, созданными человеком. К этим изменения относятся изменения климата, целенаправленное и случайное расселение человеком растений и животных.

Каждый из вышеуказанных подходов требует применения своих методов, специально разработанных с учетом состава объектов, условий местообитаний и поставленных задач.

Зкология - это наука о взаимосвязях живых организмов друг с другом и с их неживым, или физическим, окружением. Экологические исследования создают научную основу сельского, лесного и рыбного хозяйства; они позволяют предсказывать, предотвращать и устранять последствия загрязнения окружающей среды; помогают оценить возможные результаты крупномасштабных изменений ландшафта, например при постройке плотин или проведении каналов; наконец, они дают возможность рационально организовать охрану природных объектов.

Связь экологии с другими областями биологии обобщена на рисунке; из рисунка видно, что живые организмы можно изучать на разных уровнях организации. Экологии соответствует правая часть этой схемы и охватывает индивидуальные организмы, популяции и сообщества. Экологи называют эти объекты биотическим компонентом экосистем, или просто биотой. Экосистема включает в себя также неживой, или абиотический компонент, состоящий из вещества и энергии. Термины «популяция», «сообщество» и «экосистема» имеют в экологии точные определения, которые даны на рисунке. Совокупность экосистем планеты образует ее биосферу, или экосферу, объединяющую все организмы и физическую среду, с которой они взаимодействуют. Таким образом, океаны, поверхность суши, нижний слой атмосферы - все это части биосферы.

Подходы в экологии

Отличительная черта экологии - холистический подход, придающий большее значение целому, а не его составным частям. Эколог в идеале должен учитывать сразу все факторы, взаимодействующие в данном месте. Конечно, это невозможно, поэтому на практике большинство ученых в своих исследованиях отдают предпочтение одному из перечисленных ниже «неидеальных» подходов.

1. Экосистемный подход в экологии . При таком подходе в центре внимания эколога оказывается обмен энергией и веществами между биотическим и абиотическим компонентами экосистемы. Делается упор на функциональные связи организмов между собой (например, пищевые цепи) и с их физическим окружением. Видовой состав биоты и судьба составляющих ее отдельных таксонов при этом отодвигаются на второй план.

2. Синэкологинеский подходу или изучение сообществ, ставит во главу угла биотический компонент экосистемы. Важными объектами при таком исследовании становятся сукцессия и климаксные сообщества.

3. Популяционный (аутэкологический) подход в экологии использует в настоящее время главным образом математические методы при изучении закономерностей роста, сохранения или сокращения численности популяций отдельных видов. Он дает научную основу для понимания «вспышек» численности, например сельскохозяйственных вредителей или патогенных микробов, а также помогает определить критическую численность особей, необходимую для выживания редкого вида. Традиционная аутэко-логия исследует взаимоотношения какого-либо конкретного вида с окружающей средой. Она пытается связать особенности его морфологии, поведения, пищевых предпочтений и т. п. с типами местообитаний, распределением и эволюционной историей.

4. Экотопный подход в экологии . Экотоп, или местообитание, - объект, ограниченный в пространстве. Под ним понимают ту часть биосферы, с которой тесно взаимодействуют организм, популяция, сообщество или экосистема. Любое местообитание неоднородно и может быть подразделено на микроместообитания с условиями, отличными от усредненных (например, под корой дерева или на его листьях). Этот подход удобен для изучения отдельных факторов среды, тесно связанных с растениями и животными, в частности состава почвы, влажности, освещенности.

5. Эволюционный (исторический) подход в экологии . Изучая изменения экосистем, сообществ, популяций и местообитаний во времени, мы можем понять причины этих изменений, что создает основу для более или менее достоверных прогнозов на будущее. Эволюционная экология занимается изменениями, происходящими в геологических временных масштабах. Ее интересует, скажем, влияние таких событий, как образование горных хребтов, на формирование и распространение видов и таксонов. Она может ответить, например, на вопрос, почему кенгуру водятся только в Австралии или почему в дождевых тропических лесах встречается такое разнообразие видов. Она может ответить, например, на вопрос, почему кенгуру водятся только в Австралии или почему в дождевых тропических лесах встречается такое разнообразие видов. Она помогает понять, какие факторы привели к образованию и вымиранию того или иного вида, а на более детальном уровне - объяснить происхождение тех или иных особенностей морфологии вида или репродуктивной стратегии. Палеоэкология применяет знания, накопленные при изучении современных экосистем, к ископаемым организмам. Она пытается реконструировать экосистемы прошлого и, в частности, понять, как функционировали экосистемы и сообщества до вмешательства человека. Историческая экология занимается антропогенными изменениями в экосистемах, т. е. влиянием на экосистемы развивающихся технологий и культуры людей. Осознание того, что человек - это основной фактор, оказывающий разрушительное воздействие на окружающую среду, жизненно необходимо для ее охраны. При лом. особенно в плане экономического обоснования тех или иных природоохранных стратегий, очень важно различать собственно антропогенные и естественные процессы в биосфере. Например, является ли подкисление вод и почвы чисто природным явлением или это целиком и полностью обусловлено промышленным загрязнением атмосферы и, следовательно, преодолимо путем вмешательства в технологию производства.