Экологические основы природопользования

Лекция №1

Экологические основы природопользования

Введение. Предмет изучения дисциплины "Экологические основы природопользования".

1. Предмет, задачи, значение дисциплины «Экологические основы природопользования». Структура экологии.

2. Основные понятия и определения.

Структура экологии

П риродопользование явля­ется самостоятельным направлением, которое объединяет прикладные отрасли экологии. Чтобы понять, какие отрас­ли "классической" экологии составляют основу природополь­зования, рассмотрим подробнее структуру экологии.

Экология - это комплекс научных дисциплин. Базовой является общая экология, которая изучает основные за­кономерности взаимоотношений организмов и условий сре­ды. Отдельной отраслью является прикладная экология, изучающая механизмы разрушения биосферы человеком и способы предотвращения этого процесса, а также разра­батывающая принципы рационального использования при­родных ресурсов. Прикладная экология базируется на сис­теме законов, правил и принципов общей экологии и при­родопользования.

Из прикладной экологии по научным направлениям вы­текают: биосферная экология, сельскохозяйственная, промышленная, медицинская, экономическая, юриди­ческая, математическая.

Биосферная экология изучает глобальные изменения, которые происходят на нашей планете в результате воз­действия хозяйственной деятельности человека на природ­ные явления.

Сельскохозяйственная экология изучает способы полу­чения сельскохозяйственной продукции без истощения ре­сурсов почвы, при сохранении окружающей среды.

Промышленная экология изучает влияние выбросов промышленных предприятий на окружающую природную среду и возможности уменьшения этого влияния за счет совершенствования технологий и очистных сооружений.

Медицинская экология изучает болезни человека, свя­занные с загрязнением окружающей среды.

Некоторые науки экологического комплекса выделе­ны не по объекту изучения, а по методам, которыми они

пользуются.

Математическая экология моделирует экологические процессы, т. е. изменения в природе, которые произойдут при изменении экологических условий.                             

Экономическая экология разрабатывает экономические механизмы рационального природопользования.

Юридическая экология разрабатывает систему законов, направленных на защиту природы.

2. Основные понятия и определения

Ключевым объектом изучения экологии и природополь­зования является биосфера. Создателем современного уче­ния о биосфере является выдающийся русский ученый ака­демик В. И. Вернадский. Центральным в его концепции яв­ляется понятие о живом веществе, которое он определяет как совокупность живых организмов. Биосфера - это единство всего живого и мине­ральных элементов.

С развитием цивилизации, согласно концепции В. И. Вер­надского, возникает новая оболочка Земли — ноосфера — сфера человеческой деятельности, человеческого разума.

Ноосфера (от греч. - "разум" и "шар") - новое состо­янии биосферы, при котором разумная деятельность чело­века становится главным, определяющим фактором ее раз­вития. Разрабатывая учение о ноосфере, В. И. Вернадский рассматривал ее как новое эволюционное состояние био­сферы, преобразуемой в интересах мыслящего человече­ства.

Биосфера — это оболочка Земли, содержащая всю сово­купность живых организмов и ту часть вещества плане­ты, которая находится в непрерывном процессе обмена с этими организмами.

Вокруг Земли расположены концентрические слои или оболочки, которые характеризуются соответствующим со­ставом и свойствами вещества. Атмосфера - - внешняя га­зовая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством, через нее осуществляется обмен вещества и энергии с космосом. Атмосфера имеет несколько слоев: тро­посфера - нижний слой, примыкающий к поверхности Зем­ли; мезосфера; ионосфера (в двух последних - "живое ве­щество" отсутствует). Гидросфера - водная оболочка Зем­ли, которая включает моря и океаны. Литосфера -- вне­шняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. Биосфера - та часть Земного шара, в пределах которой имеется жизнь. Верхний предел био­сферы обусловлен интенсивной концентрацией УФ-лучей, т. е. верхней ее границей является озоновый слой, нижний предел — высокой температурой земных недр (свыше 100⁰⁰с).

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гид­росферу и верхнюю часть литосферы. Устойчивость био­сферы поддерживается благодаря круговороту веществ и энергии. Энергия солнечного излучения преобразуется в органическую материю благодаря процессу фотосинтеза. Образуемые зелеными растениями органические вещества служат пищей для других живых существ, а выделяемый кислород обеспечивает процессы дыхания. Таким образом, основу биологического круговорота веществ составляют энергия солнца и хлорофилл растений. Все остальные кру­говороты - воды, углерода, азота - связаны с биологи­ческим и способствуют ему (рис. 2, 3, 4).

В основе экологического взгляда на мир лежит пред­ставление, что каждое живое существо окружено множе­ством влияющих на него различных факторов, образую­щих в комплексе его место обитания •— биотоп. Организ­мы, характерные для определенного биотопа, составляют жизненное сообщество, или биоценоз. Жизненное сообще­ство образует со своим биотопом единое целое, называе­мое экологической системой (экосистемой). Основными компонентами экосистем являются:

Ê неживая (абиотическая) среда. Это вода, минераль­ные вещества, газы, а также органические вещества и гу­мус;

Ê биотические компоненты: продуценты, консументы, редуценты.

К продуцентам (производителям) относятся живые существа, способные из неорганических материалов среды строить органические вещества. Такую работу выполняют главным образом зеленые растения, производящие с помо­щью солнечной энергии из двуокиси углерода, воды и мине­ральных веществ органические соединения в процессе фотосинтеза. При этом высвобождается кислород. Органичес­кие вещества, производимые растениями, идут в пищу животным и человеку, кислород используется для дыха­ния.

Консументы (потребители) — живые существа, ис­пользующие растительную продукцию. Организмы, питаю­щиеся только растениями, называются консументами пер­вого порядка. Организмы, питающиеся только (или преиму­щественно) мясом, называются консументами второго по­рядка.

Редуценты (деструкторы, разлагатели) - организмы, разлагающие остатки отмерших живых существ, напри­мер, растительные остатки или трупы животных, и пре­вращающие их снова в исходное сырье - воду, минераль­ные вещества и углекислый газ, которые пригодны для продуцентов, преобразующих эти составные части снова в орга­нические вещества.

Примерами естественных экосистем могут служить пруд, луг, лес, классическим примером искусственной эко­системы является космический корабль.

Природа действует в высшей степени экономно. Есте­ственные ненарушенные экосистемы стремятся к равнове­сию. Созданная организмами биомасса (вещество их тел) и содержащаяся в них энергия передаются другим членам эко­системы: животные поедают растения, этих животных поедают другие животные. Этот процесс называют пище­вой (трофической) цепью. Примеры пищевых цепей: рас­тение - растительноядное животное - хищник; злак — полевая мышь — лиса.

 Как правило, каждый вид питается не одним единственным видом. Поэтому пищевые цепи переплетаются, образуя пищевую сеть. Чем сильнее организмы связаны между собой пищевыми сетями и другими взаимодействиями, тем устойчивее сообщество против возможных нарушений. Состояние равновесия основано на взаимодействии биотических и абиотических факторов среды, которое поддерживается благодаря непрерывному обмену материей и энергией между всеми компонентами экосистем.

В замкнутых круговоротах естественных экосистем на­ряду с другими обязательно участие двух факторов: нали­чие редуцентов и постоянное поступление солнечной энер­гии.

В городских и искусственных экосистемах мало или со­всем нет редуцентов, поэтому жидкие, твердые и газооб­разные отходы накапливаются, загрязняя окружающую сре­ду. В отношении потребности в энергии природные и ант­ропогенные (созданные человеком) экосистемы сходны. 

Лекция №3

Природа и общество.

Лекция №4

Континентальные проблемы

Уничтожение тропических лесов. За последние 50 лет при участии человека истреблено 2/3 покрывавших Землю лесов. За последние 100 лет безвозвратно утрачено 40% существовавших на Земле лесных массивов. Дождевой тропический лес является одним их важнейших поставщи­ков кислорода в атмосферу и играет огромную роль в под­держании кислородного баланса. Дождевые тропические леса называют "зелеными легкими планеты". Проблема зак­лючается в том, что эти леса уничтожены уже на 40%. Еже­годно в мире теряется 15—20 млн. га тропического леса, что эквивалентно половине площади Финляндии. В тече­ние последнего десятилетия темпы обезлесения возросли на 90% и составляют в среднем 1,8% в год. Наибольшие потери понесли 10 стран мира, в числе которых Бразилия, Мексика, Индия, Таиланд. Если уничтожение тропических лесов будет продолжаться такими же темпами, то через 30—40 лет его уже не останется на Земле.

Проблемы Мирового океана

Загрязнения Мирового океана. Мир океан составляет 97% всей воды на планете. Мировой океан дает 1/6 часть всех белков животного происхождения, потреб­ляемых населением планеты в пищу. Океану, особенно его прибережной зоне, принадлежит ведущая роль в поддер­жании жизни на Земле, ведь около 70% кислорода, посту­пающего в атмосферу планеты, вырабатывается в процес­се фотосинтеза планктона. Таким образом, Мировой океан играет огромную роль в поддержании устойчивого равно­весия биосферы, и его охрана является одной из актуаль­ных международных экологических задач.

Особое опасение вызывает загрязнение Мирового оке­ана вредными и токсичными веществами, в том числе не­фтью и нефтепродуктами, радиоактивными веществами.

Наиболее распространенными веществами, загрязняю­щими океан, являются нефть и нефтепродукты. В Мировой океан ежегодно поступает в среднем 13—14 млн. т нефте­продуктов. Нефтяное загрязнение опасно по двум причи­нам: во-первых, на поверхности воды образуется пленка, которая лишает доступа кислорода к морской флоре и фа­уне; во-вторых, нефть сама по себе является токсичным соединением, которое имеет большой период полураспада, при содержании нефти в воде 10—15 мг/кг гибнут планктон и мальки рыб. Настоящими экологическими катастрофами можно назвать крупные разливы нефти при крушении су­пертанкеров.

Особенно опасным является радиоактивное загрязне­ние при захоронении радиоактивных отходов (РАО). Перво­начально основным способом избавления от радиоактивно­го мусора было захоронение РАО в морях и океанах. Это были, как правило, низкоактивные отходы, которые упа­ковывали в 200-литровые металлические барабаны, зали­вали бетоном и сбрасывали в море. Первое такое захороне­ние РАО произвели США в 80 км от побережья Калифор­нии. До 1983 г. 12 стран практиковали сброс РАО в откры­тое море. В воды Тихого океана за период с 1949 г. по 1970 г. было сброшено 560 261 контейнеров с РАО.

Лекция № 6.

Лекция № 10.

Виды и методы мониторинга

Виды мониторинга

Ê По масштабам обобщения инфор­мации различают: глобальный, региональный, импактный мониторинг.

Глобальный мониторинг - это слежение за мировы­ми процессами и явлениями в биосфере и осуществление прогноза возможных изменений.

Региональный мониторинг охватывает отдельные регионы, в которых наблюдаются процессы и явления, от­личающиеся от естественных по природному характеру или из-за антропогенного воздействия.

Импактный мониторинг проводится в особо опас­ных зонах, непосредственно примыкающих к источникам загрязняющих веществ.

Ê По методам ведения выделяются следующие виды мо­ниторинга:

 - биологический(с помощью биоиндикаторов);

 - дистанционный (авиационный и космический);

 - аналитический(химический и физико-химический анализ).

Ê По объектам наблюдения выделяются:

- мониторинг отдельных компонентовокружающей среды (почвы, воды, воздуха);

- мониторинг биологический(флоры и фауны).

Особым видом мониторинга является базовый монито­ринг, т. е. слежение за состоянием природных систем, на которые практически не накладываются региональные ан­тропогенные воздействия (биосферные заповедники). Целью базового мониторинга является получение данных, с кото­рыми сравниваются результаты, полученные другими ви­дами мониторинга.

2. Методы контроля. Состав загрязняющих веществ опре­деляют методами физико-химического анализа (в воздухе, почве, воде). Степень устойчивости природной экосистемы проводят методом биоиндикации.

Биоиндикация - это обнаружение и определение ан­тропогенных нагрузок по реакциям на них живых организ­мов и их сообществ. Сущность биоиндикации заключается в том, что определенные факторы среды создают возмож­ность существования того или иного вида. Объектами био­индикационных исследований могут быть отдельные виды животных и растений, а также целые экосистемы. Напри­мер, радиоактивное загрязнение определяют по состоянию хвойных пород деревьев; промышленное загрязнение — по многим представителям почвенной фауны; загрязнение воз­духа очень чутко воспринимается мхами, лишайниками, бабочками.

Биоиндикация позволяет вовремя выявить еще не опас­ный уровень загрязнения и принять меры по восстановле­нию экологического равновесия окружающей среды.

В некоторых случаях методу биоиндикации отдают пред­почтение, так как он проще, чем, например, физико-хими­ческие методы анализа.

Дистанционные методы используются в основном для ведения глобального мониторинга. Например, аэрофото­съемка является эффективным методом для определения масштабов и степени загрязнения при разливе нефти в море или на суше, т. е. при аварии танкеров или при разрыве трубопровода. Другие методы в этих экстремальных ситуа­циях не дают исчерпывающей информации.

Физико-химические методы используются для мони­торинга отдельных компонентов окружающей природной среды: почвы, воды, воздуха. Эти методы основаны на ана­лизе отдельных проб.

 

 

Лекция № 11.

" Зеленая революция " представляет собой одну из форм проявления НТР (научно-технической революции), т. е. ин­тенсивное развитие сельского хозяйства путем:

Ê технизации сельского хозяйства (использования ма­шин и техники);

Ê применения искусственно выведенных сортов расте­ний и животных;

Ê химизации (использования удобрений и ядохимика­тов);

Ê мелиорации (расширения орошаемых земель).

"Зеленая революция" - это преобразование сельско­го хозяйства на основе современной агротехники и селек­ции, это период кардинальной смены подходов к выращи­ванию растений и животных.

Различают две "зеленые революции".

Первая произошла в 60—70-е гг. XX в. Ее инициатором был крупный мекси­канский селекционер Норман Берлоуг. Он вывел сорт пше­ницы "Мексикале", которая давала урожай в 3 раза выше, чем старые сорта. Вслед за Берлоугом и другие селекцио­неры начали выводить высокоурожайные сорта кукурузы, сои, хлопка, риса. Появились высокопродуктивные живот­ные, для поддержания здоровья которых нужны были не только обильные корма, но и витамины, антибиотики, а для быстрого наращивания массы - стимуляторы роста.

В результате этой революции урожайность зерновых культур возросла в 2—3 раза и вдвое увеличился ассорти­мент продукции.  

Несмотря на то, что "зеленая революция" позволила удовлетворить потребности растущего населения планеты в пище, она вызвала ряд отрицательных последствий: дег­радацию почв, снижение качества сельскохозяйственной продукции и т. д.

С середины 80-х гг. ученые заговорили о второй "зеле­ной революции", которая должна произойти, если сельское хозяйство пойдет по пути снижений вложений антропоген­ной энергии. В ее основе лежал адаптивный подход, т. е. сельско­му хозяйству нужно переориентироваться на более эколо­гичные технологии возделывания сельскохозяйственных куль­тур и разведения сельскохозяйственных животных.

Одним из направлений второй "зеленой революции" яв­ляется применение методов "экологически чистой" борьбы с последствиями антропогенного вмешательства в экосис­темы.

Например, после тотальной вырубки лесов происходит грубое нарушение местного биоценоза, экосистемы. Во влажных зонах происходит застой влаги, заболачивание почв. Такая вода может стать источником вредных насеко­мых — кровососов и переносчиков болезней. Появляются и бурно размножаются животные и растения, не присущие данной местности, вредные для человека и местных видов флоры и фауны. Между тем известно, что некоторые рыбы являются истребителями живущих в воде личинок вред­ных насекомых, таких как личинки комаров, мошек и др.

Важную роль в истреблении вредных насекомых играют насекомоядные птицы, особенно представители отряда воробьиных (Passeriformes): скворцы, ласточки, синицы, мухоловки, трясогузки и многие другие. 

Таким образом, основные тенденции второй "зеленой Революции" — это оказание минимального воздействия на окружающую природную среду, снижение вложений антропогенной энергии, использование биологических методов борьбы с вредителями растений.

 Последствия "зеленой революции"

Основной целью "зеленой революции " было увеличе­ние производства сельскохозяйственной продукции. Но ак­тивное вмешательство человека в жизнедеятельность при­родных экосистем и создание агроэкосистем привело к ряду негативных последствий.

Агроэкосистема (агроценоз) — это искусственная эко­система (биогеоценоз), основные функции (прежде всего продуктивность) которой поддерживаются системой агро­химических мероприятий (вспашка, внесение удобрений, ядохимикатов и т. д.). Без поддержки человека агроэкосистема быстро распадается, возвращается к естественному состоянию.

Рассмотрим отрицательные последствия "зеленой ре­волюции" и их основные причины (табл. 5).

 

Деградация почв. Деградацией называется постепенное ухудшение свойств почвы, вызванное изменением условий почвообразования в результате естественных причин (на­пример, наступления лесов или сухой степи на черноземы) или хозяйственной деятельности человека (неправильная агротехника, загрязнение и т. д.) и сопровождающееся уменьшением содержания гумуса, разрушением почвенной структуры и снижением плодородия.

Загрязнение биосферы ядохимикатами. За последние 50 лет применение минеральных удобрений возросло в 43 раза, пестицидов в 10 раз, что привело к загрязнению отдельных компонентов биосферы: почвы, воды, раститель­ного покрова. Из-за этого загрязнения обедняется живое население почвы - снижается численность почвенных жи­вотных, водорослей, микроорганизмов. Кроме того, воздей­ствия этого загрязнения могут быть косвенными.

Примером может служить проблема пестицидов (ядо­химикатов). С одной стороны, они спасают урожай, защи­щают сады, поля и леса от вредителей и болезней, уничто­жают сорную растительность, освобождают человека от кровососущих насекомых и переносчиков опаснейших бо­лезней, с другой — разрушают естественные экосистемы, являются причиной гибели многих полезных организмов, отрицательно влияют на здоровье людей.

Нарушение природного равновесия экосистем. На зем­ле практически не осталось экосистем, не подвергающихся в той или иной мере влиянию человека. Он вынужден про­никать в экосистемы и извлекать из них необходимые для своей жизнедеятельности компоненты. Вместо изъятых че­ловек создал и внедрил новые формы домашних животных и культурных растений (высокопродуктивных, морозостой­ких, засухоустойчивых).

Введением в культуру новых декоративных, лекарствен­ных и иных растений человек обогащает флору той или иной территории. Но наряду с культурными растениями он заносит и сорные. Некоторые из них бьгстро распространя­ются и находят новую родину в новых районах, внедряясь и грубо нарушая природное равновесие местных экосистем.

 

Лекция №14

Лекция №15

Лекция №16

Лекция №1

Экологические основы природопользования

Введение. Предмет изучения дисциплины "Экологические основы природопользования".

1. Предмет, задачи, значение дисциплины «Экологические основы природопользования». Структура экологии.

2. Основные понятия и определения.