Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ
ОБЩая
И ПРИКЛАДНая ЭКОЛОГИя
Санкт-Петербург
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
А.А. Музалевский, А.И. Потапов, В.Л. Филиппов
ОБЩая
И ПРИКЛАДНая ЭКОЛОГИя
Учебное пособие
Санкт-Петербург
Издательство СЗТУ
Утверждено редакционно-издательским советом университета
УДК 574
ББК57.026
Музалевский, А.А. Общая и прикладная экология: учебное пособие /
А.А. Музалевский, А.И. Потапов, В.Л. Филиппов. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2007. – 580 с.
Данное учебное пособие подготовлено для студентов всех специальностей СЗТУ в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта РФ. Может также использоваться специалистами экологических организаций и служб предприятий, а также при переподготовке и повышении квалификации специалистов в области экологии.
В учебном пособии рассмотрены основные положения общей и прикладной экологии. Значительное внимание уделяется таким направлениям общей экологии, как аутоэкология (факторальная экология), экология популяций (демэкология), экология сообществ (синэкология), экологические системы.
В разделах, посвященных прикладной экологии, приведены основные элементы и организационная структура экологического мониторинга и контроля, методы оценки техногенного воздействия на окружающую среду, а также методы оценки состояния и качества компонентов природной среды. Освещены основные принципы современных подходов к управлению природоохранной деятельностью, международного сотрудничества в области охраны окружающей среды, основы российского и международного экологического законодательства.
Под общей научной редакцией А.И. Потапова, засл. деят. науки РФ, лауреата Государственной премии РФ, д-ра техн. наук, проф.
Рецензенты:
О.Н. Русак, засл. деят. науки и техники РФ, лауреат Государственной премии РФ, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой БЖД Лесотехнической Академии, Санкт-Петербург,
Л.Н. Блинов, засл. химик РФ, д-р хим. наук, зав. кафедрой общей и неорганической химии Санкт-Петербургского государственного политехнического университета
ISBN
Ó Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2007
Ó Музалевский А.А., Потапов А.И, Филиппов В.Л., 2007
ОГЛАВЛЕНИЕ
| Стр. | ||
| Предисловие | ||
| Глава 1. | ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ | |
| 1.1. | Предмет экологии | |
| 1.2. | Экология в системе естественных наук | |
| 1.3. | Основные разделы экологии | |
| 1.4. | Экология, природопользование и охрана окружающей среды | |
| 1.5. | Методы экологии | |
| 1.6. | Экология человека | |
| 1.7. | Экология как мировоззрение | |
| 1.8. | Экология и будущее человечества | |
| 1.9. | Главные проблемы и задачи экологии | |
| 1.10. | Охрана природы и перспективы рационального природопользования | |
| 1.11. | Пути и способы преодоления социально-экологических проблем | |
| 1.12. | Четыре наиболее общих закона экологии | |
| Глава 2. | БИОСФЕРА | |
| 2.1. | Структура и границы биосферы | |
| 2.2. | Общее строение планеты | |
| 2.3. | Атмосфера | |
| 2.4. | Гидросфера | |
| 2.5. | Мировой океан | |
| 2.6. | Подземные воды | |
| 2.7. | Поверхностные воды | |
| 2.8. | Природные ресурсы | |
| 2.9. | Литосфера | |
| 2.10. | Вещественный состав земной коры | |
| 2.11. | Учение о почве | |
| Глава 3. | УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ | |
| 3.1. | Идеи В.И. Вернадского о биосфере | |
| 3.2. | Эволюция биосферы | |
| 3.3. | Основные даты жизни и деятельности В.И. Вернадского | |
| 3.4. | Функции живого вещества | |
| 3.5. | Механизмы устойчивости биосферы | |
| 3.6. | Динамика популяций | |
| 3.7. | Жизненные стратегии | |
| 3.8. | Реализации экологических ниш | |
| 3.9. | Сукцессии сообществ | |
| 3.10. | Принцип экологической эквивалентности | |
| 3.11. | Биологическая стабилизация окружающей среды | |
| 3.12. | Роль фотосинтеза в природе | |
| Глава 4. | РОЛЬ ЧЕЛОВЕКА В БИОСФЕРЕ И ВЫБОР КОНЦЕПЦИИ РАЗВИТИЯ | |
| 4.1. | Кризис цивилизации | |
| 4.2. | Масштабы экологического кризиса | |
| 4.3. | Демографический взрыв | |
| 4.4. | Человек - разрушитель и созидатель | |
| 4.5. | Человек в биосфере | |
| 4.6. | Экологические кризисы и катастрофы | |
| 4.7. | Современный экологический кризис | |
| 4.8. | Человек должен стать ''Человеком разумным'' | |
| 4.9. | Две концепции развития человеческой цивилизации | |
| 4.10. | Выбор концепции развития | |
| 4.11. | Мыслить глобально - действовать локально, учитывая законы биосферы | |
| Глава 5. | АУТОЭКОЛОГИЯ (ФАКТОРАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ) | |
| 5.1. | Основные термины и их определения | |
| 5.2. | Экологические ниши | |
| 5.3. | Абиотические факторы | |
| 5.4. | Биотические факторы | |
| 5.5. | Антропогенные факторы | |
| 5.6. | Круговорот веществ в природе | |
| Глава 6. | ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ (ДЕМЭКОЛОГИЯ) | |
| 6.1. | Понятие популяции | |
| 6.2. | Свойства популяций | |
| 6.3. | Популяционные законы | |
| 6.4. | Структуры популяций | |
| 6.5. | Динамика популяций | |
| 6.6. | Колебания численности популяций | |
| 6.7. | Факторы динамики численности популяций | |
| 6.8. | Пространственное размещение популяций | |
| Глава 7. | ЭКОЛОГИЯ СООБЩЕСТВ (СИНЭКОЛОГИЯ) | |
| 7.1. | Биогеоценология - экология сообществ | |
| 7.2. | Трофическая структура биогеоценозов | |
| 7.3. | Экологические пирамиды | |
| 7.4. | Пирамида биомасс | |
| 7.5. | Пирамида энергий | |
| 7.6. | Закономерности трофического оборота в биоценозе | |
| 7.7. | Видовая структура биоценозов | |
| 7.8. | Взаимоотношения между организмами | |
| 7.9. | Влияние абиотических факторов среды | |
| 7.10. | Пространственная структура биоценозов | |
| 7.11. | Экологические ниши видов в сообществах | |
| 7.12. | Закономерности саморегуляции биоценозов, экологическое дублирование | |
| 7.13. | Биоразнообразие | |
| Глава 8. | ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ | |
| 8.1. | Определение экосистемы | |
| 8.2. | Образование и развитие экосистем | |
| 8.3. | Структура экосистем | |
| 8.4. | Свойства и функции экосистем | |
| 8.5. | Продуктивность экосистем | |
| 8.6. | Динамика экосистем | |
| 8.7. | Гомеостаз и ритмичные изменения в экосистемах | |
| 8.8. | Сукцессия | |
| 8.9. | Энергия в экосистемах | |
| 8.10. | Жизнь как термодинамический процесс | |
| 8.11. | Закономерности географического распространения экосистем | |
| 8.12. | Живое вещество в экологических системах | |
| 8.13. | Круговорот веществ в природе и эволюция экосистем | |
| 8.14. | Экологические и физиологические ритмы в природе | |
| 8.15. | Основные экологические законы | |
| Глава 9. | АНТРОПОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ БИОСФЕРЫ | |
| 9.1. | Антропогенное воздействие на биосферу | |
| 9.2. | Загрязнение окружающей среды | |
| 9.3. | Классификация видов воздействия на природу | |
| 9.4. | Качество атмосферы и особенности ее загрязнения | |
| 9.5. | Основные химические примеси, загрязняющие атмосферу | |
| 9.6. | Кислотные дожди | |
| 9.7. | Загрязнение атмосферы биологическими примесями | |
| 9.8. | Загрязнение природных вод | |
| 9.9. | Загрязнение Мирового океана | |
| 9.10. | Загрязнение и истощение материковых вод | |
| 9.11. | Загрязнение почвы | |
| 9.12. | Влияние человека на растительный и животный мир | |
| 9.13. | Радиоактивное загрязнение биосферы | |
| 9.14. | Твердые и опасные отходы | |
| 9.15. | Виды техногенных ресурсных циклов (ТРЦ) | |
| Глава 10. | МОНИТОРИНГ И КОНТРОЛЬ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ | |
| 10.1. | Определение и виды мониторинга | |
| 10.2. | Ранжирование и классификация видов мониторинга. Вертикальная шкала | |
| 10.3. | Региональный (геосистемный) мониторинг | |
| 10.4. | Национальный мониторинг | |
| 10.5. | Локальный (территориальный, местный) мониторинг | |
| 10.6. | Классификация и ранжирование видов мониторинга. Горизонтальная шкала | |
| 10.7. | Экологический мониторинг | |
| 10.8. | Экологический контроль | |
| 10.9. | Общественный экологический контроль | |
| 10.10. | Качество атмосферного воздуха | |
| 10.11. | Мониторинг состояния атмосферного воздуха | |
| 10.12. | Мониторинг выбросов загрязняющих веществ в атмосферу | |
| 10.13. | Программа развития автоматизированной системы управления качеством воздуха Санкт-Петербурга | |
| 10.14. | Нормирование загрязнения атмосферного воздуха | |
| Глава 11. | ЭКОЛОГИЯ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА | |
| 11.1. | Экологическое состояние окружающей среды и ее влияние на здоровье человека | |
| 11.2. | Основные экологические факторы, влияющие на состояние здоровья человека | |
| 11.3. | Влияние звуков на человека | |
| 11.4. | Погода и самочувствие человека | |
| 11.5. | Питание и здоровье человека | |
| 11.6. | Ландшафт как фактор здоровья | |
| 11.7. | Проблемы адаптации человека к окружающей среде | |
| 11.8. | Нормирование антропогенных воздействий и нагрузок | |
| 11.9. | Влияние вредных воздействий на окружающую среду и здоровье человека | |
| 11.10. | Факторы риска для здоровья человека, связанные с загрязнением окружающей среды | |
| Глава 12. | МЕТОДЫ И КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ И КАЧЕСТВА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ | |
| 12.1. | Методы оценки компонентов природной среды | |
| 12.2. | Санитарно-гигиенические показатели | |
| 12.3. | Экологические критерии | |
| 12.4. | Оценка степени изменений природной среды вследствие антропогенных воздействий | |
| 12.5. | Нормирование и контроль загрязнения почв | |
| 12.6. | Оценка опасности загрязнения почв | |
| 12.7. | Методология индикаторов и индексов. Европейско-американский подход | |
| 12.8. | Новые взгляды на проблему индикаторов и индексов | |
| 12.9. | Классификация индикаторов. Простые, обобщенные (агрегированные), интегральные и комплексные индикаторы | |
| 12.10. | Индексы и индексы качества | |
| 12.11. | Оценка качества отдельного компонента окружающей среды на основе индикаторов, индексов и риска и формы ее представления | |
| 12.12. | Индикаторы устойчивого развития для Санкт-Петербурга | |
| 12.13. | Устойчивое развитие и проблема индикаторов и индексов | |
| Глава 13. | СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРИРОДООХРАННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ | |
| 13.1. | Общий взгляд на проблему управления в сфере природопользования, охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности | |
| 13.2. | Административные методы управления природоохранной деятельностью | |
| 13.3. | Экономические методы управления природоохранной деятельностью | |
| 13.4. | Рыночные методы управления природоохранной деятельностью | |
| 13.5. | Принятие решений и управление | |
| 13.6. | Микроэкономический анализ различных методов управления природоохранной деятельностью | |
| 13.7. | Система управления качеством окружающей среды урбанизированных территорий | |
| 13.8. | Государственное и рыночное управление в рекреационной сфере | |
| 13.9. | Экологический риск | |
| 13.10. | Управление рисками в природоохранной деятельности | |
| Глава 14. | МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО В ОБЛАСТИ ОХРАНЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ | |
| 14.1. | Введение | |
| 14.2. | Международное сотрудничество | |
| 14.3. | Принципы сотрудничества | |
| 14.4. | Объекты международного сотрудничества | |
| 14.5. | Международно-правовые принципы | |
| 14.6. | Международные организации и конференции | |
| 14.7. | Неправительственные международные организации | |
| 14.8. | Участие России в международном сотрудничестве | |
| 14.9. | Межгосударственное сотрудничество РФ | |
| 14.10. | Общественные организации в области охраны окружающей среды | |
| 14.11. | Всемирный фонд охраны дикой природы (WWF) | |
| 14.12. | Международные конвенции и соглашения, посвященные проблемам охраны окружающей природной среды | |
| 14.13. | Прочие конференции и соглашения | |
| Глава 15. | ОСНОВЫ РОССИЙСКОГО И МЕЖДУНАРОДНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВА | |
| 15.1. | Состояние экологического законодательства в России | |
| 15.2. | Этапы развития экологического законодательства в России | |
| 15.3. | Объекты экологического права | |
| 15.4. | Экологическая ответственность | |
| ЛИТЕРАТУРА |
ПРЕДИСЛОВИЕ
С момента возникновения человеческой цивилизации происходит непрерывное взаимодействие человека с окружающей средой. Рост численности населения мира при опережающем возрастании его потребностей, неуклонное использование ресурсов Земли, внедрение новых технологий и расширение производства и потребления электроэнергии, рост промышленности, транспорта, антропогенное преобразование ландшафтов, усложнение и расширение межнациональных хозяйственных связей – эти и многие другие факторы привели к мощной нагрузке на компоненты природной среды.
В XX в., и в особенности, в его второй половине, антропогенная нагрузка экспоненциально нарастала, став одним из важнейших факторов развития и существования современного общества. Глобальный масштаб использования природных ресурсов и развития антропогенных процессов носит широкоаспектный и многовариантный характер.
Возник новый круг задач междисциплинарного характера, для которого не существовало опыта решения. В частности, возникли задачи взаимодействия геосфер Земли на различных иерархических уровнях - от планетарного до локального.
Объективное возникновение нового междисциплинарного направления привело к необходимости открытия новой специальности в университетском образовании – экологии в новом расширенном толковании. Именно по этой причине создано учебно-методическое обеспечение, написаны учебники и пособия. Однако, как правило, они содержат не все разделы обязательной программы и зачастую демонстрируют собственное видение автором (авторами) тех проблем, которые освещаются в данном издании.
Настоящее учебное пособие призвано в какой-то степени ликвидировать этот недостаток и наиболее полно и объективно осветить основные биологические аспекты проблемы и в то же время охватить главные направления прикладной экологии в их современном понимании.
Именно поэтому учебное пособие состоит из двух частей. Первая из них посвящена разделу, получившему название «Общая экология». Этот раздел коррелирует с той частью экологии, которая изучается в классическом образовательном курсе биологов. Вторая часть посвящена проблемам природопользования, охраны окружающей среды и обеспечению экологической безопасности. Эта часть и составляет то, что обычно называют «Прикладной экологией».
При работе над учебным пособием авторы пытались решить весьма сложную задачу: сохраняя краткость изложения, максимально полно представить имеющийся к настоящему времени материал по всем заявленным направлениям. Авторы опирались на уже вышедшие учебники и учебные пособия по экологии, на отечественные и зарубежные научные издания и публикации, на собственные научные разработки и уже вышедшие книги. Кроме того, были использованы обширные материалы, представленные в Интернете, в законах РФ, в нормативных документах, посвященных природопользованию и охране окружающей среды.
Обязанности среди авторов распределялись следующим образом. Главы 1-4, 8, 14 написаны профессором Музалевским А.А. Главы 5-7, 9, 12, 13 совместно профессором Музалевским А.А. и профессором Потаповым А.И. Главы 11 и 15 написаны совместно профессорами Потаповым А.И. и Филипповым В.Л.
Многие позиции настоящего учебного пособия заметно дополняют учебное пособие «Экология» (Потапов А.И., Цыплакова Е.Г. – СПб.: СЗТУ, 2005 ), а также созвучны трехтомному изданию «Мониторинг, контроль и управление качеством окружающей среды» (Потапов А.И., Карлин Л.Н., Воробьев В.Н., Музалевский А.А. – М.: Изд-во. РГГМУ, 2001-2005), научному изданию «Риск: анализ, оценка, управление» (Музалевский А.А.,
Яйли Е.А. – М.: Изд-во. РГГМУ, 2005) и учебному пособию «Экологический риск» (Потапов А.И., Музалевский А.А., Филиппов В.Л. – СПб.: Изд-во. СЗТУ, 2007).
В целом учебное пособие направлено на формирование у студентов глобального экологического мировоззрения и реального восприятия происходящего в окружающей среде в настоящее время и оценки перспектив сосуществования человека и природы на ближайшее будущее.
Учебное пособие предназначено для студентов всех специальностей технических университетов, а также будет полезно студентам старших курсов и аспирантам по направлениям «Экология и природопользование» и по специальностям «Геоэкология», «Экология и охрана окружающей среды», «Экология и обеспечение экологической безопасности», «Управление природопользованием». Книга может быть также полезна широкому кругу лиц, интересующихся проблемами экологии, геоэкологии, природопользования и защиты окружающей среды, в том числе специалистам, ответственным за проведение экологической политики.
Авторы выражают признательность всем лицам и организациям, любезно предоставившим нам материалы и разрешившим их публикацию.
Особую благодарность авторы выражают рецензентам, взявшим на себя труд прочитать рукопись и сделавшим ряд полезных замечаний.
Авторы будут весьма признательны за отзывы, критику и пожелания, если таковые поступят в их адрес, который указан в конце книги.
Глава 1. ВВЕДЕНИЕ В ЭКОЛОГИЮ