Автор: Коробкин В.И. Передельский Л.В.
Теги: общая экология биоценология гидробиология биогеография человек и окружающая среда экология человека охрана природы экология учебное пособие
ISBN: 978-5-222-12140-5
Год: 2007
Текст
Высшее образование
В. И. КОРОБКИН, Л. В. ПЕРЕДЕЛЬСКИИ
Экология
Издание двенадцатое,
дополненное и переработанное
Рекомендовано Министерством образования
Российской Федерации в качестве учебника
для студентов высших учебных заведений
РОСТОВ-на-ДОНУ
^>ЕНИКС
2007
УДК 574(075.8)
ББК20.1я73
К66
КТК 170
Рецензенты:
проректор Московского государственного университета
им. М. В. Ломоносова, зав. кафедрой инженерной и экологической
геологии МГУ, доктор геолого-минералогических наук,
профессор Трофимов Виктор Титович;
доктор физико-математических наук, профессор кафедры
биологической физики Санкт-Петербургского государственного
технического университетаКоликов Всеволод Михайлович.
Коробкин В.И., Передельский Л.В.
К66 Экология : учебник для вузов / В.И. Коробкин,
Л.В. Передельский. — Изд. 12-е, доп. и перераб. —
Ростов н/Д : Феникс, 2007. — 602, [1] с. — (Высшее
образование).
I§BN 978-5-222-12140-5
Лауреат конкурса Министерства образования Российской
Федерации по созданию учебников нового поколения по
общим естественнонаучным дисциплинам (Москва, 1999).
Первый российский учебник по дисциплине «Экология» для
студентов вузов, обучающихся техническим наукам.
Учебник написан в соответствии с требованиями
действующего государственного образовательного стандарта и
программой, рекомендованной Министерством образования России. Он
состоит из двух частей — теоретической и прикладной. В пяти
его разделах рассмотрены основные положения общей
экологии, учения о биосфере, экологии человека; антропогенные
воздействия на биосферу, проблемы экологической защиты и
охраны окружающей среды. В целом, учебник формирует у
студентов новое экологическое, ноосферное мировоззрение.
Предназначается для студентов высших учебных
заведений. Учебник рекомендуется также для учителей и учащихся
средних школ, лицеев и колледжей. Он необходим и для
широкого круга инженерно-технических работников,
занимающихся вопросами рационального природопользования и охраны
окружающей среды.
УДК 574(075.8)
ББК20.1я73
ISBN 978-5-222-12140-5
© В. И. Коробкин, Л. В. Передельский, 2007
© Оформление, изд-во «Феникс», 2007
СОДЕРЖАНИЕ
Уважаемый читатель! 10
Предисловие 11
Введение. ЭКОЛОГИЯ. КРАТКИЙ ОБЗОР
РАЗВИТИЯ 13
§ 1. Предмет и задачи экологии 13
§ 2. История развития экологии 17
§ 3. Значение экологического образования 21
Часть I.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЭКОЛОГИЯ
Раздел первый. ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ 26
Глава 1. Организм как живая целостная система 26
§ 1. Уровни биологической организации
и экология 26
§ 2. Развитие организма как живой целостной
системы 32
§ 3. Системы организмов и биота Земли 36
Глава 2. Взаимодействие организма и среды 43
§ 1. Понятие о среде обитания и экологических
факторах 43
§ 2. Основные представления об адаптациях
организмов 47
§ 3. Лимитирующие факторы 49
§ 4. Значение физических и химических факторов
среды в жизни организмов 52
§ 5. Эдафические факторы и их роль в жизни
растений и почвенной биоты 70
3
§ 6. Ресурсы живых существ как экологические
факторы 77
ГлаваЗ. Популяции 86
§ 1. Статические показатели популяций 86
§ 2. Динамические показатели популяций 88
§ 3. Продолжительность жизни 90
§ 4. Динамика роста численности популяции 94
§ 5. Экологические стратегии выживания 99
§ 6. Регуляция плотности популяции 100
Глава 4. Биотические сообщества 105
§ 1. Видовая структура биоценоза 106
§ 2. Пространственная структура биоценоза 110
§ 3. Экологическая ниша. Взаимоотношения
организмов в биоценозе 111
Глава 5. Экологические системы 122
§ 1. Концепция экосистемы 122
§ 2. Продуцирование и разложение в природе 126
§ 3. Гомеостаз экосистемы 128
§ 4. Энергия экосистемы 130
§ 5. Биологическая продуктивность экосистем 134
§ 6. Динамика экосистемы 139
§ 7. Системный подход и моделирование
вэкологии 147
Раздел второй. УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ 155
Глава 6. Биосфера — глобальная экосистема земли 155
§ 1. Биосфера как одна из оболочек Земли 155
§ 2. Состав и границы биосферы 161
§3. Круговорот веществ в природе 168
§ 4. Биогеохимические циклы наиболее жизненно
важных биогенных веществ 172
4
Глава 7. Природные экосистемы земли как хорологические
единицы биосферы 181
§ 1. Классификация природных экосистем
биосферы на ландшафтной основе 181
§ 2. Наземные биомы (экосистемы) 190
§ 3. Пресноводные экосистемы 198
§ 4. Морские экосистемы 207
§ 5. Целостность биосферы как глобальной
экосистемы 213
Глава 8. Основные направления эволюции биосферы 217
§ 1. Учение В. И. Вернадского о биосфере 217
§ 2. Биоразнообразие биосферы как результат
ее эволюции 223
§3.0 регулирующем воздействии биоты на
окружающую среду 226
§ 4. Ноосфера как новая стадия эволюции
биосферы 230
Раздел третий. ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА 234
Глава 9. Биосоциальная природа человека и экология 234
§ 1. Человек как биологический вид 235
§ 2. Популяционная характеристика человека 243
§ 3. Природные ресурсы Земли как лимитирующий
фактор выживания человека 250
Глава 10. Антропогенные экосистемы 258
§ 1. Человек и экосистемы 258
§ 2. Сельскохозяйственные экосистемы
(агроэкосистемы) 263
§ 3. Индустриально-городские экосистемы 266
Глава 11. Экология и здоровье человека 271
§ 1. Влияние природно-экологических факторов на
здоровье человека 271
5
§ 2. Влияние социально-экологических факторов
на здоровье человека 274
§ 3. Гигиена и здоровье человека 282
Часть II.
ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ
Раздел четвертый. АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА БИОСФЕРУ 286
Глава 12. Основные виды антропогенных воздействий на
биосферу 286
Глава 13. Антропогенные воздействия на атмосферу 295
§ 1. Загрязнение атмосферного воздуха 296
§ 2. Основные источники загрязнения атмосферы ... 299
§ 3. Экологические последствия загрязнения
атмосферы 302
§ 4. Экологические последствия глобального
загрязнения атмосферы 307
Глава 14. Антропогенные воздействия на гидросферу 318
§ 1. Загрязнение гидросферы 318
§ 2. Экологические последствия загрязнения
гидросферы 326
§ 3. Истощение подземных и поверхностных вод .... 331
Глава 15. Антропогенные воздействия на литосферу 337
§ 1. Воздействия на почвы 338
§ 2. Воздействия на горные породы и их массивы ... 352
§ 3. Воздействия на недра 360
Глава 16. Антропогенные воздействия на биотические
сообщества 365
§ 1. Значение леса в природе и жизни человека 365
6
§ 2. Антропогенные воздействия на леса
и другие растительные сообщества 369
§ 3. Экологические последствия воздействия человека
на растительный мир 372
§ 4. Значение животного мира в биосфере 377
§ 5. Воздействие человека на животных
и причины их вымирания 379
Глава 17. Особые виды воздействия на биосферу 385
§ 1. Загрязнение среды отходами производства и
потребления 385
§ 2. Шумовое воздействие 390
§ 3. Биологическое загрязнение 393
§ 4. Воздействие электромагнитных полей
и излучений 395
Глава 18. Экстремальные воздействия
на биосферу 399
§ 1. Воздействие оружия массового уничтожения .... 400
§ 2. Воздействие техногенных экологических
катастроф 403
§ 3. Стихийные бедствия 408
Раздел пятый. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА И ОХРАНА
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 429
Глава 19. Основные принципы охраны окружающей среды
и рационального природопользования 429
Глава 20. Инженерная экологическая защита 437
§ 1. Принципиальные направления инженерной
защиты окружающей среды 437
§ 2. Нормирование качества окружающей среды 443
§ 3. Защита атмосферы 451
§ 4. Защита гидросферы 458
§ 5. Защита литосферы 471
7
§ 6. Защита биотических сообществ 484
§ 7. Защита окружающей среды от особых видов
воздействий 500
Глава 21. Основы экологического права 516
§ 1. Источники экологического права 516
§ 2. Государственные органы охраны окружающей
среды 520
§ 3. Экологическая стандартизация
и паспортизация 522
§ 4. Экологическая экспертиза и оценка воздействия
на окружающую среду (ОВОС) 524
§ 5. Экологический менеджмент, аудит
и сертификация 526
§ 6. Понятие об экологическом риске 528
§ 7. Экологический мониторинг (мониторинг
окружающей среды) 531
§ 8. Экологический контроль и общественные
экологические движения 537
§ 9. Экологические права и обязанности граждан .... 540
§ 10. Юридическая ответственность за экологические
правонарушения 543
Глава 22. Экология и экономика 547
§ 1. Эколого-экономический учет природных
ресурсов и загрязнителей 549
§ 2. Лицензия, договор и лимиты
на природопользование 550
§ 3. Новые механизмы финансирования охраны
окружающей среды 552
§ 4. Понятие о концепции устойчивого развития 556
Глава 23. Экологизация общественного сознания 560
§ 1. Антропоцентризм и экоцентризм. Формирование
нового экологического сознания 560
8
§ 2. Экологическое образование, воспитание
и культура 567
Глава 24. Международное сотрудничество в области
экологии 572
§ 1 Международные объекты охраны окружающей
среды 573
§ 2. Основные принципы международного
экологического сотрудничества 576
§ 3. Участие России в международном экологическом
сотрудничестве 580
Экологический манифест (по Н. Ф. Реймерсу) {вместо
заключения) 584
Основные понятия и определения в области экологии,
охраны окружающей среды и природопользования ... 586
Предметный указатель 591
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА 599
УВАЖАЕМЫЙ ЧИТАТЕЛЬ!
Перед вами один из учебников нового поколения по
дисциплине «Экология» для студентов высших учебных
заведений, обучающихся по техническим направлениям и
специальностям профессионального образования, написанный
известными специалистами в области природоохранных наук и
прошедший сложный и длительный путь конкурсного отбора.
Данный учебник является одним из трех победителей по
дисциплине «Экология» Всероссийского конкурса учебников
нового поколения по общим фундаментальным
естественнонаучным дисциплинам. Этот конкурс впервые в истории высшей
школы России в связи с реформированием структуры и
содержания программ высшего образования был инициирован
Госкомвузом России (в дальнейшем — Минобразование России) и
проведен в течение 1995—1998 гг. на базе Российского
университета дружбы народов.
В конкурсе приняли участие свыше 350 авторских
коллективов практически из всех регионов России, заявки
представлялись по 11 номинациям, а в их оценке участвовало более ста
высококвалифицированных экспертов.
В результате двух туров конкурса было отобрано 39 авторских
коллективов, чьи заявки, а затем и рукописи более всего
соответствовали как новым учебным программам, так и
государственным образовательным стандартам по каждой дисциплине.
Конкурсная комиссия выражает надежду, что данный
учебник внесет свой полезный вклад в дело дальнейшего
совершенствования российского высшего профессионального
образования, и желает всем читателям — студентам и
преподавателям — больших творческих успехов.
Заместитель министра Министерства
образования России, академик Российской академии
образования, председатель конкурсной
комиссии профессор В. Д. Шадриков.
2000 г.
10
Предисловие
Учебник «Экология» написан для студентов вузов,
обучающихся по техническим направлениям и специальностям и
соответствует требованиям действующего Государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования
и программе, рекомендованной Минобразования России. Он
может быть использован и для преподавания курса «Охрана
окружающей среды», а также в рамках дисциплины «Безопасность
жизнедеятельности человека» (раздел «Безопасность
жизнедеятельности в природной среде»). Такой учебник необходим, ибо
решение вопросов охраны окружающей среды, рационального
природопользования и устойчивого развития в XXI в. требуют
всеобщей экологической грамотности, экологизации всей науки,
в том числе и ее технических направлений.
При работе над учебником авторы использовали опыт
преподавания природоохранных дисциплин на протяжении
многих лет в Ростовском государственном университете и в
Ростовском государственном строительном университете.
Учебник состоит из двух частей — теоретической и
прикладной, в которых с позиций современной науки
рассмотрены основные вопросы и проблемы экологии и рационального
природопользования.
Авторы стремились создать учебник, достаточно полный
по содержанию и вместе с тем компактный по объему, а также
сочетать научный характер изложения с доступностью его для
студентов первого курса.
Учебник рекомендуется как базовый для экологических и
природоохранных дисциплин, преподаваемых во всех
технических вузах страны, на факультетах научно-технических
направлений в классических университетах и др. Он отражает
современные представления об экологии как
междисциплинарной науке, базирующейся на биологических науках, науках о
11
Земле и социально-экономического цикла. Вместе с тем он
раскрывает теснейшую связь экологии с инженерными
проблемами защиты природы и рационального природопользования и,
в целом, формирует новое экологическое, ноосферное
мировоззрение будущих специалистов в области технических наук.
Разделы I—III написаны В. И. Коробкиным, разделы
IV—V — Л. В. Передельским, «Предисловие» и «Введение»
написаны совместно.
Авторы искренне благодарят рецензентов за ценные
советы по улучшению содержания книги и устранению ряда ее
недостатков.
Авторы
ВВЕДЕНИЕ >3х$*$х$*$х$х$>ф3х$к$*$х$к$^^
ЭКОЛОГИЯ.
КРАТКИЙ ОБЗОР
РАЗВИТИЯ
§ 1. Предмет и задачи экологии
Экология (от греч. «ойкос» — дом, жилище и «логос» —-
учение) — наука, изучающая условия существования живых
организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в
которой они обитают. Изначально экология развивалась как
составная часть биологической науки, в тесной связи с другими
естественными науками — химией, физикой, геологией,
географией, почвоведением, математикой.
Предметом экологии является совокупность, или структура,
связей между организмами и средой. Главный объект изучения
в экологии —экосистемы, т. е. единые природные комплексы,
образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме
того, в область ее компетенции входит изучение отдельных
видов организмов (организменный уровень), их популяций, т. е.
совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой
уровень), и биосферы в целом (биосферный уровень).
Основной, традиционной частью экологии как
биологической науки является общая экология, которая изучает общие
13
закономерности взаимоотношений любых живых организмов
и среды (включая человека как биологическое существо).
В составе общей экологии выделяют следующие основные
разделы:
— аутэкологию, исследующую индивидуальные связи
отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой;
— популяционную экологию (демоэкологию), в задачу которой
входит изучение структуры и динамики популяций
отдельных видов. Популяционную экологию рассматривают и как
специальный раздел аутэкологии;
— синэкологию (биоценологию) — изучающую
взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой.
Для всех этих направлений главным является изучение вы-
живания живых существ в окружающей среде и задачи перед
ними стоят преимущественно биологического свойства —
изучить закономерности адаптации организмов и их сообществ к
окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и
биосферы, и т. д.
В изложенном выше понимании общую экологию нередко
называют биоэкологией, когда хотят подчеркнуть ее биоцентрич-
ность.
С точки зрения фактора времени экология
дифференцируется на историческую и эволюционную.
Кроме того, экология классифицируется по конкретным
объектам и средам исследования, т.е. различают экологию
животных, экологию растений и экологию микроорганизмов.
В последнее время роль и значение биосферы как объекта
экологического анализа непрерывно возрастают. Особенно
большое значение в современной экологии уделяется проблемам
взаимодействия человека с окружающей средой. Выдвижение
на первый план этих разделов в экологической науке связано с
резким усилением взаимного отрицательного влияния
человека и среды, возросшей ролью экономических, социальных и
нравственных аспектов в связи с резко негативными
последствиями научно-технического прогресса.
Таким образом, современная экология не ограничивается
14
только рамками биологической дисциплины, трактующей
отношения главным образом животных и растений, она
превращается в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие
проблемы взаимодействия человека с окружающей средой.
Актуальность и многогранность этой проблемы, вызванной
обострением экологической обстановки в масштабах всей
планеты, привела к «экологизации» многих естественных,
технических и гуманитарных наук.
Например, на стыке экологии с другими отраслями знаний
продолжается развитие таких новых направлений, как
инженерная экология, геоэкология, математическая экология,
сельскохозяйственная экология, космическая экология и т. д.
Соответственно более широкое толкование получил и сам
термин «экология», а экологический подход при изучении
взаимодействия человеческого общества и природы был признан
основополагающим.
Экологическими проблемами Земли как планеты
занимается интенсивно развивающаяся глобальная экология,
основным объектом изучения которой является биосфера как
глобальная экосистема. В настоящее время появились и такие
специальные дисциплины, как социальная экология, изучающая.
взаимоотношения в системе «человеческое общество —
природа», и ее часть — экология человека (антропоэкология), в
которой рассматривается взаимодействие человека как
биосоциального существа с окружающим миром.
Современная экология тесно связана с политикой,
экономикой, правом (включая международное право), психологией
и педагогикой, так как только в союзе с ними возможно
преодолеть технократическую парадигму мышления и выработать
новый тип экологического сознания, коренным образом
меняющий поведение людей по отношению к природе.
С научно-практической точки зрения вполне обосновано
деление экологии на теоретическую и прикладную.
Теоретическая экология вскрывает общие закономерности
организации жизни.
Прикладная экология изучает механизмы разрушения
биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и
15
разрабатывает принципы рационального использования
природных ресурсов. Научную основу прикладной экологии
составляет система общеэкологических законов, правил и
принципов.
Из приведенных выше понятий и направлений следует, что
задачи экологии весьма многообразны.
В общетеоретическом плане к ним относятся:
— разработка общей теории устойчивости экологических
систем;
— изучение экологических механизмов адаптации к среде;
— исследование регуляции численности популяций;
— изучение биологического разнообразия и механизмов его
поддержания;
— исследование продукционных процессов;
— исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью
поддержания ее устойчивости;
— моделирование состояния экосистем и глобальных
биосферных процессов.
Основные прикладные задачи, которые экология должна
решать в настоящее время, следующие:
— прогнозирование и оценка возможных отрицательных
последствий деятельности человека для окружающей среды;
— улучшение качества окружающей среды;
— сохранение, воспроизводство и рациональное использование
природных ресурсов;
— оптимизация инженерных, экономических, организационно-
правовых, социальных и иных решений для обеспечения
экологически безопасного устойчивого развития, в первую
очередь в экологически наиболее неблагополучных районах.
16
Стратегической задачей экологии считается развитие
теории взаимодействия природы и общества на основе нового
взгляда, рассматривающего человеческое общество как
неотъемлемую часть биосферы.
Таким образом, экология становится одной из важнейших
наук будущего и, «возможно, само существование человека на
нашей планете будет зависеть от ее прогресса» (Ф. Дре, 1976).
§ 2. История развития экологии
Экология своими корнями уходит в далекое прошлое.
Потребность в знаниях, определяющих «отношение живого к
окружающей его органической и неорганической среде»,
возникла очень давно. Достаточно вспомнить труды Аристотеля (384—
322 до н. э.), Плиния Старшего (23—79 н. э.), Р. Бойля (1627—
1691) и др., в которых обсуждалось значение среды обитания в
жизни организмов и приуроченность их к определенным
местообитаниям, чтобы убедиться в этом.
В истории развития экологии можно выделить три
основных этапа.
Первый этап — зарождение и становление экологии как
науки (до 60-х гг. XIX в.). На этом этапе накапливались данные о
взаимосвязи живых организмов со средой их обитания,
делались первые научные обобщения.
В XVII—XVIII вв. экологические сведения составляли
значительную долю во многих биологических описаниях (А.
Реомюр, 1734; А. Трамбле, 1744, и др.). Элементы
экологического подхода содержались в исследованиях русских ученых
И. И. Лепехина, А. Ф. Миддендорфа, С. П. Крашенинникова,
французского ученого Ж. Бюффона, шведского
естествоиспытателя К. Линнея, немецкого ученого Г. Йегера и др.
В этот же период Ж.-Б. Ламарк (1744—1829) и Т.
Мальтус (1766—1834) впервые предупреждают человечество о
возможных негативных последствиях воздействия человека на
природу.
17
Второй этап — оформление экологии в самостоятельную
отрасль знаний (после 60-х гг. XIX в.). Начало этапа
ознаменовалось выходом работ русских ученых К. Ф. Рулье (1814—
1858), Н. А. Северцова (1827—1885), В. В. Докучаева (1846—
1903), впервые обосновавших ряд принципов и понятий
экологии, которые не утратили своего значения и до настоящего
времени. Не случайно поэтому американский эколог Ю. Одум
(1975) считает В. В. Докучаева одним из основоположников
экологии. В конце 70-х гг. XIX в. немецкий гидробиолог К.
Мёбиус (1877) вводит важнейшее понятие о биоценозе как о
закономерном сочетании организмов в определенных условиях
среды.
Неоценимый вклад в развитие основ экологии внес Ч.
Дарвин (1809—1882), вскрывший основные факторы эволюции
органического мира. То, что Ч. Дарвин называл «борьбой за
существование», с эволюционных позиций можно трактовать как
взаимоотношения живых существ с внешней абиотической
средой и между собой, т. е. с биотической средой.
Немецкий биолог-эволюционист Э. Геккель (1834—1919)
первый понял, что это самостоятельная и очень важная область
биологии, и назвал ее экологией (1866). В своем капитальном
труде «Всеобщая морфология организмов» он писал: «Под
экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике
природы: изучение всей совокупности взаимоотношений
животного с окружающей его средой, как органической, так и
неорганической, и прежде всего — его дружественных или
враждебных отношений с теми животными и растениями, с
которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним
словом, экология — это изучение всех сложных
взаимоотношений, которые Дарвин назвал «условиями, порождающими
борьбу за существование».
Как самостоятельная наука экология окончательно
оформилась в начале XX столетия. В этот период американский
ученый Ч. Адаме (1913) создает первую сводку по экологии,
публикуются другие важные обобщения и сводки (В. Шелфорд,
1913, 1929; Ч. Элтон, 1927; Р. Гессе, 1924; К. Раункер, 1929 и
др.). Крупнейший русский ученый XX в. В. И. Вернадский
создает фундаментальное учение о биосфере.
18
В 30-е и 40-е гг. экология поднялась на более высокую
ступень в результате нового подхода к изучению природных
систем. Сначала А. Тенсли (1935) выдвинул понятие об
экосистеме а несколько позже В. Н. Сукачев (1940) обосновал близкое
этому представление о биогеоценозе. Следует отметить, что
уровень отечественной экологии в 20—40-х гг. был одним из
самых высоких в мире, особенно в области фундаментальных
разработок. В этот период в нашей стране работали такие
выдающиеся ученые, как академики В. И. Вернадский и В. Н.
Сукачев, а также крупные экологи В. В. Станчинский, Э. С. Бауэр,
Г. Г. Гаузе, В. Н. Беклемишев, А. Н. Формозов, Д. Н. Кашка-
ров и др.
Во второй половине XX в. в связи с прогрессирующим
загрязнением окружающей среды и резким усилением
воздействия человека на природу экология приобретает особое
значение.
Начинается третий этап (50-е гг. XX в. — до настоящего
времени) — превращение экологии в комплексную науку,
включающую в себя науки об охране природной и окружающей
человека среды. Из строгой биологической науки экология
превращается в «значительный цикл знания, вобрав в себя
разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории
культуры, экономики...» (Реймерс, 1994).
Современный период равития экологии в мире связан с
именами таких крупных зарубежных ученых, как Ю. Одум,
Дж. М. Андерсен, Э. Пианка, Р. Риклефс, М. Бигон, А.
Швейцер, Дж. Харпер, Р. Уиттекер, Н. Борлауг, Т. Миллер, Б.
Небел и др. Среди отечественных ученых следует навать И. П.
Герасимова, А. М. Гилярова, В. Г. Горшкова, Ю. А. Израэля,
Ю. Н. Куражсковского, К. С. Лосева, Н. Н. Моисеева,
Н. П. Наумова, Н. Ф. Реймерса, В. В. Розанова, Ю. М. Свири-
жева, В. Е. Соколова, В. Д. Федорова, С. С. Шварца, А. В. Яб-
локова, А. Л. Яншина и др.
Первые природоохранные акты на Руси известны с IX—
XII вв. (например, свод законов Ярослава Мудрого «Русская
Правда», в которых были установлены правила охраны
охотничьих и бортничьих угодий). В XIV—XVII вв. на южных
границах Русского государства существовали «засечные леса»,
19
своеобразные охраняемые территории, на которых были
запрещены хозяйственные рубки. История сохранила более
60 природоохранных указов Петра I. При нем же началось
изучение богатейших природных ресурсов России. В 1805 г. в
Москве было основано общество испытателей природы. В конце
XIX — начале XX в. возникло движение за охрану редких
объектов природы. Трудами выдающихся ученых В. В.
Докучаева, К. М. Бэра, Г. А. Кожевникова, И. П. Бородина, Д. Н. Ану-
чина, С. В. Завадского и других были заложены научные
основы охраны природы.
.Начало природоохранной деятельности Советского
государства совпало с рядом первых декретов, начиная с
«Декрета о земле» от 26 октября 1917 г., который заложил основы
природопользования в стране.
Именно в этот период зарождается и получает
законодательное выражение основной вид природоохранной
деятельности — охрана природы.
В период 30—40-х гг., в связи с эксплуатацией природных
богатств, вызванной главным образом ростом масштабов
индустриализации в СССР, охрана природы стала
рассматриваться как «единая система мероприятий, направленная на защиту,
развитие, качественное обогащение и рациональное
использование природных фондов страны» (из резолюции Первого
Всероссийского съезда по охране природы, 1929 г.).
Таким образом, в России появился новый вид
природоохранной деятельности — рациональное использование
природных ресурсов.
В 50-е г. дальнейшее развитие производительных сил в
стране, усиление негативного влияния человека на природу
обусловили необходимость создания еще одной формы,
регулирующей взаимодействие общества и природы, —
охраны среды обитания человека. В этот период принимаются
республиканские законы об охране природы, которые
провозглашают комплексный подход к природе не только как к
источнику природных ресурсов, но и как к среде обитания
человека. К сожалению, еще торжествовала лысенковская
псевдонаука, канонизировались слова И. В. Мичурина о
необходимости не ждать милости от природы.
20
В 60—80-е гг. в СССР практически ежегодно принимались
правительственные постановления об усилении охраны
природы (об охране бассейна Волги и Урала, Азовского и Черного
морей Ладожского озера, Байкала, промышленных городов
Кузбасса и Донбасса, Арктического побережья). Продолжался
процесс создания природоохранного законодательства,
издавались земельные, водные, лесные и иные кодексы.
Эти постановления и принятые законы, как показала
практика их применения, не дали необходимых
результатов _ губительное антропогенное воздействие на природу
продолжалось. В 1986 г. на Чернобыльской АЭС произошла
крупнейшая за всю историю развития человечества
экологическая катастрофа. Сегодня Россия продолжает находиться в
сложной экологической ситуации.
Для более детального ознакомления с историей развития
экологического учения рекомендуем материал, изложенный в
монографии В.Т. Богучарскова (2005).
§ 3. Значение экологического
образования
В настоящее время стихийное развитие взаимоотношений
с природой представляет опасность для существования не только
отдельных объектов, территорий, стран и т. п., но и для всего
человечества.
Это объясняется тем, что человек тесно связан с живой
природой происхождением, материальными и духовными
потребностями, но, в отличие от других организмов, эти связи
приняли такие масштабы и формы, что это может привести (и уже
приводит!) к практически полному вовлечению живого
покрова планеты (биосферы) в жизнеобеспечение современного
общества, поставив человечество на грань экологической
катастрофы.
Человек, благодаря данному ему природой разуму,
стремится обеспечить себе «комфортные» условия среды, быть
независимым от ее физических факторов, например, от климата,
71
от нехватки пищи, избавиться от вредных для него животных
и растений (но совсем не «вредных» для остального живого
мира!) и т. п. Поэтому человек, прежде всего, отличается от
других видов тем, что взаимодействует с природой через
создаваемую им культуру, т.е. человечество в целом, развиваясь,
создает на Земле культурную среду благодаря передаче из
поколения в поколение своего трудового и духовного опыта. Но,
как отмечал К. Маркс, «культура, если она развивается
стихийно, а не направляется сознательно... оставляет после себя
пустыню».
Остановить стихийное развитие событий помогут-лишь
знания о том, как ими управлять, и в случае с экологией, эти
знания должны «овладеть массами», по крайней мере большей
частью общества, что возможно лишь через всеобщее
экологическое образование людей, начиная со школьной скамьи и
заканчивая вузом.
Экологические знания необходимы каждому человеку,
чтобы сбылась мечта многих поколений мыслителей о создании
достойной человека среды, для чего надо построить
прекрасные города, развить настолько совершенные
производительные силы, которые смогли бы обеспечить гармонию человека
и природы. Но эта гармония невозможна, если люди
враждебно настроены друг к другу, и тем более, если идут войны, что,
к сожалению, имеет место. Как справедливо отметил
американский эколог Б. Коммонер в начале 70-х гг., «поиски
истоков любой проблемы, связанной с окружающей средой,
приводят к неоспоримой истине, что коренная причина кризиса
заключена не в том, как люди взаимодействуют с природой, а в
том, как они взаимодействуют друг с другом... и что, наконец,
миру между людьми и природой должен предшествовать мир
между людьми».
Таким образом, экологические знания позволяют осознать
всю пагубность войны и распрей между людьми, ведь за этим
кроется не просто гибель людей и даже цивилизаций: это
приведет к всеобщей экологической катастрофе, к гибели всего
человечества. Значит, важнейшее из экологических условий
выживания человека и всего живого — это мирная жизнь на Зем-
22
ле. Именно к этому должен и будет стремиться экологически
образованный человек.
Но было бы несправедливо строить всю экологию «вокруг»
только человека. Да и собственно экология, как мы уже
показали выше, возникла для решения задач изучения
взаимодействия всего живого с неживой природой и организмов между
собой Человек — такой же организм, и изоляция его от
животных и растений дикой природы существенно сказывается на
его здоровье. Домашние животные и растения не могут
полностью заменить дикую природу. Изменение, а тем более
уничтожение природной среды влечет за собой пагубные
последствия для жизни человека. Экологические знания позволяют ему
убедиться в этом и принимать правильное решение с целью
охраны природы, в том числе и на бытовом уровне. Они
позволяют ему понять, что человек и природа — единое целое и
представления о возможности господства над природой довольно
призрачны и примитивны.
Экологически образованный человек не допустит
«стихийного» отношения к окружающей его среде жизни. Он будет
бороться против экологического варварства, а если в нашей
стране таких людей станет большинство, то они обеспечат
нормальную жизнь своим потомкам, решительно став на защиту дикой
природы от алчного наступления «дикой» цивилизации,
преобразуя и совершенствуя саму цивилизацию, находя наилучшие,
«экологически чистые» варианты взаимоотношения природы и
общества.
Отсюда следует, что в настоящее время остановить
нарушение экологических законов можно, только подняв на
должную высоту экологическую культуру каждого члена общества,
а это возможно сделать прежде всего через образование, через
изучение основ экологии. Что особенно важно для
специалистов в области наук технического направления, в первую
очередь для инженеров-строителей, инженеров в области химии,
нефтехимии, металлургии, машиностроения, пищевой и
добывающей промышленности и т. д. Настоящий учебник и
предназначен для широкого круга студентов, обучающихся в
основном по техническим направлениям и специальностям вузов.
По замыслу авторов, он должен дать основные представления
23
по главным направлениям теоретической и прикладной
экологии и заложить основы экологической культуры будущего
специалиста, основанной на глубоком понимании высшей
ценности — гармоничного развития человека и природы.
Контрольные вопросы
/. Что такое экология и предмет ее изучения?
2. В чем состоят функциональные различия и задачи
теоретической и прикладной экологии?
3. Этапы исторического развития экологии как науки.
Роль отечественных ученых в ее становлении и
развитии.
4. Что такое природоохранная деятельность и каковы
ее основные виды?
5. Почему каждому члену общества, в том числе и
инженерно-техническим работникам необходимы,
экологическая культура и экологическое образование?
Часть I
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ
ЭКОЛОГИЯ
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ Ф^^ф<$х$>фффффффф<$х^ф^>
ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ
Первое появление жизни при создании
биосферы должно было произойти не в виде
появления одного какого-нибудь вида организма, а
в виде их совокупности, отвечающей
геохимическим функциям жизни.
В. И. Вернадский
ГЛАВА 1
ОРГАНИЗМ КАК ЖИВАЯ
ЦЕЛОСТНАЯ СИСТЕМА
§ 1. Уровни биологической
организации и экология
Ген, клетка, орган, организм, популяция, сообщество
(биоценоз) — главные уровни организации жизни. Экология
изучает уровни биологической организации от организма до
экосистем. В ее основе, как и всей биологии, лежит теория
эволюционного развития органического мира Ч. Дарвина,
базирующаяся на представлении о естественном отборе. В
упрощенном виде его можно представить так: в результате борьбы за
26
существование выживают наиболее приспособленные
организмы которые передают выгодные признаки, обеспечивающие
выживание, своему потомству, которое может их развить
дальше обеспечив стабильное существование данному типу
организмов в данных конкретных условиях среды. Если условия
эти изменятся, то выживают организмы с более
благоприятными для новых условий признаками, переданными им по
наследству, и т. д.
Материалистические представления о происхождении
жизни и эволюционную теорию Ч. Дарвина можно объяснить лишь
с позиций экологической науки. Поэтому не случайно, что вслед
за открытием Дарвина (1859) появился термин «экология»
Э. Геккеля (1866). Роль среды, т.е. физических факторов, в
эволюции и существовании организмов не вызывает сомнений.
Эта среда была -названа абиотической, а составляющие ее
отдельные части (воздух, вода и др.) и факторы (температура и
др.) называют абиотическими компонентами, в отличие от
биотических компонентов, представленных живым веществом.
Взаимодействуя с абиотической средой, т. е. с абиотическими
компонентами, они образуют определенные функциональные
системы, где живые компоненты и среда — «единый цельный
организм».
На рис. 1.1 указанные выше компоненты представлены в
виде уровней биологической организации биологических сис-
27
тем, которые различаются по принципам организации и
масштабам явлений. Они отражают иерархию природных систем,
при которой меньшие подсистемы составляют большие
системы, сами являющиеся подсистемами более крупных
систем.
Свойства каждого отдельного уровня значительно
сложнее и многообразнее предыдущего. Но объяснить это можно
лишь частично на основе данных о свойствах
предшествующего уровня. Иными словами, нельзя предсказать свойства
каждого последующего биологического уровня исходя из
свойств отдельных составляющих его более низких уровней,
подобно тому, как нельзя предсказать свойства воды исходя
из свойств кислорода и водорода. Такое явление называют
эмерджентностъю — наличием у системного целого особых
свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а также
сумме других элементов, не объединенных
системообразующими связями.
Экология изучает правую часть «спектра», изображенного
на рис. 1.1, т. е. уровни биологической организации от
организмов до экосистем. В экологии организм рассматривается
как целостная система, взаимодействующая с внешней
средой, как абиотической, так и биотической. В этом случае в наше
поле зрения попадает такая совокупность, как биологический
вид, состоящий из сходных особей, которые, тем не менее, как
индивидуумы отличаются друг от друга. Они точно так же
непохожи, как непохож один человек на другого, тоже
относящиеся к одному виду. Но всех их объединяет единый для всех
генофонд, обеспечивающий их способность к размножению в
пределах вида. Не может быть потомства от особей различных
видов, даже близкородственных, объединенных в один род, не
говоря уже о семействе и более крупных таксонах,
объединяющих еще более «далеких родственников».
Поскольку каждый отдельный индивид (особь) имеет свои
специфические особенности, то и отношение их к состоянию
среды, к воздействию ее факторов различное. Например,
повышение температуры часть особей может не выдержать и
погибнуть, но популяция всего вида выживает за счет других,
более приспособленных.
28
Популяция — это совокупность особей одного вида.
Генетики обычно добавляют как обязательный момент —
способность этой совокупности к самовоспроизведению.
Экологи же, учитывая обе эти особенности, подчеркивают некую
изолированность в пространстве и во времени аналогичных
совокупностей одного и того же вида (Гиляров, 1990).
Изолированность в пространстве и во времени
аналогичных популяций отражает реальную природную структуру био-
ты. В реальной природной среде многие виды рассеяны на
огромных пространствах, поэтому изучать приходится некую
видовую группировку в пределах определенной территории.
Некоторые из группировок достаточно хорошо
приспосабливаются к местным условиям, образуя так называемый эко-
тип. Эта даже небольшая группа особей, связанных между
собой генетически, может дать начало большой популяции,
причем весьма устойчивой достаточно длительное время.
Этому способствуют адаптивность особей к абиотической среде,
внутривидовая конкуренция и др.
Однако настоящих одновидовых группировок и поселений
в природе не существует, и мы обычно имеем дело с
группировками, состоящими из многих видов. Такие группировки
называются биологическими сообществами, или
биоценозами.
Биоценоз — совокупность совместно обитающих
популяций разных видов микроорганизмов, растений и животных.
Термин «биоценоз» впервые применил Мёбиус (1877), изучая
группу организмов устричной банки, т. е. с самого начала это
сообщество организмов было'ограничено неким
«географическим» пространством, в данном случае границами отмели. В
дальнейшем это пространство было названо биотопом, под
которым понимаются условия окружающей среды на
определенной территории: воздух, вода, почвы и подстилающие их
горные породы. Именно в этой окружающей среде
существуют растительность, животный мир и микроорганизмы,
составляющие биоценоз.
Понятно, что компоненты биотопа не просто существуют
рядом, а активно взаимодействуют между собой, создавая оп-
29
ределенную биологическую систему, которую академик
В. Н. Сукачев назвал биогеоценозом. В этой системе
совокупность абиотических и биотических компонентов имеет «.. .свою,
особую специфику взаимодействий» и «определенный тип
обмена веществом и энергией их между собой и другими
явлениями природы (Сукачев, 1971). Схема биогеоценоза показана
на рис. 1.2. Эта известная схема В. Н. Сукачева, скорректиро-
ваная Г. А. Новиковым (1979).
Рис. 1.2. Схема биогеоценоза
(по Г. А. Новикову, 1979)
Термин «биогеоценоз» был предложен В. Н. Сукачевым в
конце 30-х гг. Представления Сукачева в дальнейшем легли в
основу биогеоценологии — целого научного направления в
биологии, занимающегося проблемами взаимодействия живых
организмов между собой и с окружающей их абиотической
средой.
Однако несколько раньше, в 1935 г., английским
ботаником А. Тенсли был введен термин «экосистема». Экосистема,
по А. Тенсли, — «совокупность комплексов организмов с
комплексом физических факторов его окружения, т. е. факторов
местообитания в широком смысле». Подобные определения есть
и у многих других известных экологов, например, Ю. Одума,
К. Вилли, Р. Уиттекера, К. Уатта.
30
Многие сторонники экосистемного подхода на Западе
считают термины «биогеоценоз» и «экосистема» синонимами, в
частности Ю. Одум (1975, 1986).
Однако, видя определенные отличия, ряд российских
ученых не разделяют этого мнения. Тем не менее большинство
не считают такие отличия существенными и ставят знак
равенства между приведенными понятиями. Это тем более
необходимо, что термин «экосистема» широко применяется в
смежных науках, особенно природоохранного содержания.
Особое значение для выделения экосистем имеют
трофические, т. е. пищевые, взаимоотношения организмов,
регулирующие всю энергетику биотических сообществ и всей
экосистемы в целом.
Прежде всего все организмы делятся на две большие
группы — автотрофов и гетеротрофов.
Автотрофные организмы используют неорганические
источники для своего существования, тем самым создавая
органическую материю из неорганической. К таким организмам
относятся фотосинтезирующие зеленые растения суши и
водной среды, сине-зеленые водоросли, некоторые хемосинтези-
рующие бактерии и др.
Гетеротрофные организмы потребляют только готовые
органические вещества. К ним относятся все животные и
человек, грибы и др. Гетеротрофы, потребляющие мертвую
органику, называются сапротрофами (например, грибы), а
способные жить и развиваться в живых организмах за счет
живых тканей — паразитами (например, клещи).
Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам
и формам питания, то они вступают между собой в сложные
трофические взаимодействия, тем самым выполняя
важнейшие экологические функции в биотических сообществах. Одни
из них производят продукцию, другие потребляют, третьи —
преобразуют ее в неорганическую форму. Их называют
соответственно: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты — производители продукции, которой потом
питаются все остальные организмы, — это наземные зеленые
растения, микроскопические морские и пресноводные водо-
31
росли, производящие органические вещества из
неорганических соединений.
Консументы — это потребители органических веществ.
Среди них есть животные, потребляющие только
растительную пищу, —травоядные(корова), или питающиеся только
мясом других животных — плотоядные (хищники), а также
потребляющие и то и другое — «всеядные» (человек,
медведь).
Редуценты (деструкторы) — восстановители. Они
возвращают вещества из отмерших организмов снова в
неживую природу, разлагая органику до простых неорганических
соединений и элементов (например, на С02, N02 и Н20).
Возвращая в почву или в водную среду биогенные элементы,
они, тем самым, завершают биохимический круговорот. Это
делают в основном бактерии, большинство других
микроорганизмов и грибы. Функционально редуценты — это те же
самые консументы, поэтому их часто называютмикроконсу-
ментами.
А. Г. Банников (1977) полагает, что и насекомые также
играют важную роль в процессах разложения мертвой
органики и в почвообразовательных процессах.
Микроорганизмы, бактерии и другие более сложные
формы в зависимости от среды обитания подразделяют па
аэробные, т. е. живущие при наличии кислорода, и анаэробные —
живущие в бескислородной среде.
§ 2. Развитие организма
как живой целостной системы
Организм — любое живое существо. Он отличается от
неживой природы определенной совокупностью свойств,
присущих только живой материи: клеточная организация; обмен
веществ при ведущей роли белков и нуклеиновых кислот,
обеспечивающий гомеостаз организма — самовозобновление и
поддержание постоянства его внутренней среды. Живым
организмам присущи движение, раздражимость, рост, развитие,
32
размножение и наследственность, а также приспособляемость
к условиям существования — адаптация.
Взаимодействуя с абиотической средой, организм
выступает как целостная система, включающая в себя все более
низкие уровни биологической организации (левая часть
«спектра», см. рис. 1.1). Все эти части организма (гены, клетки,
клеточные ткани, целые органы и их системы) являются
компонентами и системами доорганизменного уровня.
Изменение одних частей и функций организма неизбежно влечет за
собой изменение других его частей и функций. Так, в
изменяющихся условиях существования, в результате
естественного отбора те или иные органы получают приоритетное
развитие. Например, мощная корневая система у растений
засушливой зоны (ковыль) или «слепота» в результате
редукции глаз у ночных животных, а также у животных
существующих в темноте (крот).
Живые организмы обладают обменом веществ, или
метаболизмом, при этом происходит множество химических
реакций. Примером таких реакций могут служить дыхание,
которое еще Лавуазье и Лаплас считали разновидностью
горения, или фотосинтез, посредством которого зеленые
растения связывают солнечную энергию, а результаты
дальнейших процессов метаболизма используются всем растением,
и др.
Как известно, в процессе фотосинтеза кроме солнечной
энергии используются диоксид углерода и вода. Суммарно
химическое уравнение фотосинтеза выглядит так:
солнечная энергия
бсо2 + imp1 l l l l l l с6н|2о6+бо2+ бн2о,
где С6Н1206 — богатая энергией молекула глюкозы.
Практически весь диоксид углерода (С02) поступает из
атмосферы и днем ее движение направлено вниз, к растениям,
где осуществляется фотосинтез и выделяется кислород.
Дыхание — процесс обратный, и движение С02 ночью направлено
вверх и идет поглощение кислорода.
33
Некоторые микроорганизмы, бактерии способны создавать
органические соединения и за счет других компонентов,
например за счет соединений серы. Такие процессы называются
хемосинтезом.
Обмен веществ в организме происходит только при
участии особых макромолекулярных белковых веществ
—ферментов, выполняющих роль катализаторов. Каждая
биохимическая реакция в процессе жизни организма контролируется
особым ферментом, который в свою очередь контролируется
единичным геном. Изменение гена, называемое мутацией,
приводит к изменению биохимической реакции вследствие
изменения фермента, а в случае нехватки последнего, и к выпадению
соответствующей ступени метаболической реакции.
Однако не только ферменты регулируют процессы
метаболизма. Им помогают коферменты. Это крупные молекулы,
частью которых являются витамины — вещества, необходимые
для обмена веществ всех организмов — бактерий, зеленых
растений, животных и человека. Отсутствие витаминов ведет к
болезням: нарушается обмен веществ.
Наконец, для ряда метаболических процессов
необходимы особые химические вещества, называемые гормонамщ
которые вырабатываются в различных местах (органах)
организма и доставляются в другие места кровью или
посредством диффузии. Гормоны осуществляют в любом
организме общую химическую координацию метаболизма и
помогают в этом деле, например нервной системе животных и
человека.
На молекулярно-генетическом уровне особенно
чувствительно воздействие загрязняющих веществ, ионизирующей и
ультрафиолетовой радиации. Они вызывают нарушение
генетических систем, структуры клеток и подавляют действие
ферментных систем. Все это приводит к болезням человека,
животных и растений, угнетению и даже уничтожению видов
организмов.
Метаболические процессы протекают с различной
интенсивностью на протяжении всей жизни организма, всего пути
его индивидуального развития. Этот его путь от зарождения и
до конца жизни называется онтогенезом. Онтогенез представ-
34
2-2
ляет собой совокупность последовательных морфологических,
физиологических и биохимических преобразований,
претерпеваемых организмом за весь период жизни.
Онтогенез включает рост организма, т. е. увеличение
массы и размеров тела, и дифференциацию, т. е. возникновение
различий между однородными клетками и тканями,
приводящее их к специализации по выполнению различных функций
в организме. У организмов с половым размножением
онтогенез начинается с оплодотворенной клетки (зиготы). При
бесполом размножении — с образованием нового организма
путем деления материнского тела или специализированной
клетки, путем почкования, а также от корневища, клубня,
луковицы и т. п.
Каждый организм в онтогенезе проходит ряд стадий
развития. Для организмов, размножающихся половым путем,
различают зародышевую (эмбриональную) стадию, послезароды-
шевую (постэмбриональную) и период развития взрослого
организма. Зародышевый период заканчивается выходом
зародыша из яйцовых оболочек, а у живородящих — рождением.
Важное экологическое значение для животных имеет
первоначальный этап послезародышевого развития — протекающий
по типу прямого развития или по типу метаморфоза. В
первом случае идет постепенное развитие во взрослую форму
(цыпленок — курица, и т. д.), во втором — развитие происходит
вначале в виде личинки, которая существует и питается
самостоятельно, прежде чем превратится во взрослую особь
(головастик — лягушка). У ряда насекомых личиночная стадия
позволяет пережить неблагоприятное время года (низкие
температуры, засуху и т. д.)
В онтогенезе растений различают рост, развитие
(формируется взрослый организм) и старение (ослабление биосинтеза
всех физиологических функций и смерть). Основной
особенностью онтогенеза высших растений и большинства водорослей
является чередование бесполого (спорофит) и полового (гема-
тофит) поколений.
Процессы и явления, проходящие на онтогенетическом
уровне» т. е. на уровне индивида (особи), — это необходимое и
весьма существенное звено функционирования всего живого. Про-
35
2*
цессы онтогенеза могут быть нарушены на любой стадии
действием химического, светового и теплового загрязнения среды
и привести к появлению уродов или даже к гибели индивидов
на послеродовой стадии онтогенеза.
Современный онтогенез организмов сложился в течение
длительной эволюции, в результате их исторического
развития — филогенеза. Не случайно в 1866 г. этот термин ввел
Э. Геккель: для целей экологии необходима реконструкция
эволюционных преобразований животных, растений и
микроорганизмов. Этим занимается наука филогенетика, которая
базируется на данных трех наук — морфологии, эмбриологии и
палеонтологии.
Взаимосвязь между развитием живого в историко-эволю-
ционном плане и индивидуальным развитием организма
сформулирована Э. Геккелем в виде биогенетического закона:
онтогенез всякого организма есть краткое и сжатое повторение
филогенеза данного вида. Иными словами, вначале в утробе
матери (у млекопитающих и др.), а затем, появившись на свет,
индивид в своем развитии повторяет в сокращенном виде
историческое развитие своего вида.
§ 3. Системы организмов
и биота Земли
В настоящее время на Земле насчитывается более 2,2 млн
видов организмов. Систематика их все более усложняется,
хотя основной ее «скелет» остается почти неизменным со
времени ее создания выдающимся шведским ученым Карлом
Линнеем в середине XVIII в.
Известно, что издавна органический мир делился на два
царства — животных и растений. Однако в наше время его уже
следует делить на две империи — доклеточных (вирусы и фаги)
и клеточных (все остальные организмы). Империя
доклеточных состоит из единственного царства — вирусов (фаги тоже
вирусы-паразиты). Империя клеточных включает уже два над-
царства, четыре царства, и еще семь подцарств (табл. 1.1).
36
Таблица 1.1
Высшие таксоны систематики империи клеточных организмов
Оказалось, что на Земле существуют две большие группы
организмов, различия между которыми намного более
глубоки, чем между высшими растениями и высшими животными,
и, следовательно, по праву среди клеточных были выделены
два надцарства: прокариотов — низкоорганизованных доядер-
ных и эукаритов — высокоорганизованных ядерных.
Прокариоты (Procaryota) представлены царством так называемых
дробянок, к которым относятся бактерии и сине-зеленые
водоросли, в клетках которых нет ядра и ДНК в них не отделяется от
цитоплазмы никакой мембраной. Эукариоты (Eucaryota)
представлены тремя царствами: животных, грибов и растений,
клетки которых содержат ядро и ДНК отделена от цитоплазмы
ядерной мембраной, поскольку находится в самом ядре.
Грибы выделены в отдельное царство, так как оказалось, что они
не только не относятся к растениям, но, вероятно, происходят
37
Надцарства
А. Доядерные
организмы
(Procaryota)
В. Ядерные
организмы
(Eycaryota)
Царства
Дробянок
(Mychota)
I. Животные
(Animalia)
II. Грибы
(Mycetalia или
Mycota)
III. Растения
(Vegetabilia или
Plantae)
Подцарства
1. Бактерии (Bacteriobionta)
2. Цианеи, или сине-зеленые
водоросли (Cyanobionta) |
1. Одноклеточные животные
(простейшие) (Protozoa)
2. Многоклеточные
. животные (Metazoa)
1. Низшие грибы
(Myxobionta)
2. Высшие грибы
(Mycobionta)
1. Багрянки (Rhodobionta)
2. Настоящие водоросли
(Phycobionta)
3. Высшие растения
(Embryobionta)
от амебоидных двужгутиковых простейших, т. е. имеют более
тесную связь с животным миром.
Однако такое деление живых организмов на четыре
царства еще не легло в основу справочной и учебной литературы,
поэтому при дальнейшем изложении материала мы
придерживаемся традиционных классификаций, по которым бактерии,
сине-зеленые водоросли и грибы являются отделами низших
растений.
Всю совокупность растительных организмов данной
территории планеты любой детальности (региона, района и т.д.)
называют флорой, а совокупность животных организмов —■
фауной.
Флора и фауна данной территории в совокупности
составляют биоту. Но эти термины имеют и гораздо более широкое
применение. Например, говорят: флора цветковых растений,
флора микроорганизмов (микрофлора), микрофлора почв и т. п.
Аналогично используется термин «фауна»: фауна
млекопитающих, фауна птиц (орнитофауна), микрофауна и т. п. Термин
«биота» используют, когда хотят оценить взаимодействие всех
живых организмов и среды или, скажем, влияние «почвенной
биоты» на процессы почвообразования и др. Ниже приводится
общая характеристика фауны и флоры в соответствии с
классификацией (табл. 1.1).
Прокариоты являются древнейшими организмами в
истории Земли, следы их жизнедеятельности выявлены в
отложениях протерозоя, образовавшихся около миллиарда лет
назад. В настоящее время их известно около 5000 видов.
Самыми распространенными среди дробянок являются
бактерии и в настоящее время это самые распространенные в
биосфере микроорганизмы. Их размеры составляют от
десятых долей до двух-трех микрометров.
Некоторые из бактерий являются автотрофами, например,
серобактерии, которые образуют органическое вещество за счет
хемосинтеза на основе серы. Большинство же бактерий — ге-
теротрофы, среди которых преобладают*сапротрофы,
редуценты. Но есть формы, паразитирующие на других организмах,
вызывающие болезни у животных, растений, человека.
38
Бактерии распространены повсеместно, но больше всего
их в почвах — сотни миллионов на один грамм почвы, а в
черноземах - более двух миллиардов.
Микрофлора почв весьма разнообразна. Здесь бактерии
выполняют различные функции и подразделяются на
следующие физиологические группы: бактерии гниения, нитрофи-
цирующие, азотофиксирующие, серобактерии и др. Среди них
есть аэробные и анаэробные формы.
В результате эрозии почв бактерии попадают в водоемы.
В прибрежной части их до 300 тыс. в 1 мл, с удалением от
берега и с глубиной их количество снижается до 100—200
особей на 1 мл.
В атмосфере воздуха бактерий значительно меньше.
Широко распространены бактерии в литосфере ниже
почвенного горизонта. Под почвенным слоем их всего на
порядок меньше, чем в почве. Бактерии распространяются на
сотни метров в глубину земной коры и даже встречаются на
глубине двух и более тысяч метров.
Сине-зеленые водоросли сходны по строению с
бактериальными клетками, являются фотосинтезирующими автотро-
фами. Обитают преимущественно в поверхностном слое
пресноводных водоемов, хотя есть и в морях. Продуктом их
метаболизма являются азотистые соединения, способствующие
развитию других планктонных водорослей, что при
определенных условиях может привести к «цветению» воды и к ее
загрязнению, в том числе и в водопроводных системах.
Эукариоты — это все остальные организмы Земли.
Самые распространенные среди них — растения, которых около
300 тыс. видов.
Растения — это практически единственные организмы,
которые создают органическое вещество за счет физических
(неживых) ресурсов — солнечной инсоляции и химических
элементов, извлекаемых из почв (комплекс биогенных
элементов). Все остальные питаются уже готовой органической
пищей. Поэтому растения как бы создают, продуцируют пищу
для всего.остального животного мира, т. е. являются
продуцентами.
**се одноклеточные и многоклеточные формы растений
39
имеют, как правило, автотрофное питание за счет процессов
фотосинтеза.
Водоросли — это большая группа растений, живущих в
воде, где они могут либо свободно плавать, либо прикрепляться
к субстрату. Водоросли — это первые на Земле фотосинтези-
рующие организмы, которым мы обязаны появлением
кислорода в ее атмосфере. Кроме того, они способны усваивать азот,
серу, фосфор, калий и другие компоненты непосредственно
из воды, а не из почвы.
Остальные, более высоко организованные растения —
обитатели суши. Они получают из почвы посредством
корневой системы питательные элементы, которые
транспортируются через стебель в листья, где берут начало процессы
фотосинтеза. Лишайники, мхи, папоротникообразные и
цветковые растения являются одним из важнейших элементов
географического ландшафта, доминируют здесь цветковые,
которых более 250 тыс. видов. Растительность суши —
главный генератор кислорода, поступающего в атмосферу, и ее
бездумное уничтожение оставит животных и человека не
только без пищи, но и без кислорода.
Грибы — низшие организмы, не содержат хлорофилла,
размеры от микроскопических до крупных, типа дождевиков,
насчитывается их более 100 тыс. видов. Тело гриба состоит
из нитчатых образований, которые формируют грибницу, или
мицелий. Все грибы — гетеротрофные организмы, среди
которых имеются и сапрофиты, и паразиты. Около трех
четвертей всех грибов — сапрофиты, питающиеся гниющими
растениями, некоторые грибы паразитируют на растениях и
единичные — на животных. Большую пользу растениям
приносят грибы-симбиотиты, которые органически связаны с
растениями: они помогают усваивать труднодоступные
вещества гумуса, содействуют своими ферментами обмену веществ,
связывают свободный азот, и т. д.
Низшие почвенные грибы играют основную роль в
процессах почвообразования.
Животные представлены большим разнообразием форм
и размеров, их более 1,7 млн видов. Все царство животных —
это гетеротрофные организмы, консументы.
40
Наибольшее количество видов и наибольшая численность
особей у членистоногих. Насекомых, например, столько, что
на каждого человека их приходится более 200 млн особей. На
втором месте по количеству видов стоит класс моллюсков, но
их численность значительно меньше, чем насекомых. Третье
место по числу видов занимают позвоночные, среди которых
млекопитающие составляют примерно десятую часть, а
половина всех видов приходится на рыб.
Значит, большая часть видов позвоночных формировалась
в водных условиях, а насекомые — это сугубо животные
суши.
Насекомые развивались на суше в тесной связи с
цветковыми растениями, являясь их опылителями. Эти растения
появились позже других видов, но более половины видов всех
растений приходится на цветковые. Видообразование в этих
двух классах организмов находилось и находится сейчас в
тесной взаимосвязи.
Если сравнить количество видов сухопутных организмов
и водных, то это соотношение будет примерно одинаково и
для растений, и для животных: количество видов на суше —
92—93%, в воде—- 7—8%, значит, выход организмов на сушу
дал мощный толчок эволюционному процессу в направлении
увеличения видового разнообразия, что ведет к повышению
устойчивости природных сообществ организмов и экосистем
в целом.
Контрольные вопросы
/. Какие уровни биологической организации являются
объектами изучения экологии?
2. Биогеоценоз и экосистема — сходство и различия.
3. Как подразделяются организмы по характеру
источника питания и по экологическим функциям в
биотических сообществах?
' к°кое значение имеют гомеостатические процессы и
41
адаптация для взаимодействия организма с
окружающей средой?
5. Какое значение имеют метаболические процессы ав-
тотрофов для биоты Земли?
6. В чем суть биогенетического закона?
7 В чем особенность современной классификации
организмов?
8. На какие две крупные совокупности организмов
подразделяется биота?
ГЛАВА 2
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
ОРГАНИЗМА И СРЕДЫ
§ 1. Понятие о среде обитания
и экологических факторах
Среда обитания организма — это совокупность
абиотических и биотических условий его жизни. Свойства среды
постоянно меняются, и любое существо, чтобы выжить,
приспосабливается к этим изменениям.
Земной биотой освоены три основные среды обитания:
водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными
породами приповерхностной части литосферы. Биологи еще часто
выделяют четвертую среду жизни — сами живые организмы,
заселенные паразитами и симбионтами.
Воздействие среды воспринимается организмами через
посредство факторов среды, называемых экологическими.
Экологические факторы — это определенные условия и
элементы среды, которые оказывают специфическое
воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические,
биотические и антропогенные (рис. 2.1).
Абиотическими факторами называют всю совокупность
факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и
распространение животных и растений. Среди них различают
физические, химические и эдафические.
Физические факторы — это те, источником которых
служит физическое состояние или явление (механическое,
волновое и др.). Например, температура, если она высокая, вызовет
ожог, если очень низкая — обморожение. На действие
температуры могут повлиять и другие факторы: в воде — течение,
на суше — ветер и влажность, и т. п.
Но есть и физические факторы глобального воздействия на
рганизмы, к которым относятся естественные геофизические
П0ЛЯ Земли (Трофимов, Зилинг, 2002). Хорошо известно, на-
43
Рис. 2.1. Классификация экологических факторов (по Ю. Одуму,
1975, с изменениями)
44
пример, экологическое воздействие магнитного,
электромагнитного, радиоактивного и других полей нашей планеты.
Химические факторы — это те, которые происходят от
химического состава среды. Например, соленость воды. Если она
высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать
(Мертвое море), но в то же время в пресной воде не могут жить
большинство морских организмов. От достаточности содержания
кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т. п.
Эдафические факторы, т. е. почвенные, — это совокупность
химических, физических и механических свойств почв и
горных пород, оказывающих воздействие как на организмы,
живущие в них, т. е. те, для которых они являются средой
обитания, так и на корневую систему растений. Хорошо известно
влияние химических компонентов (биогенных элементов),
температуры, влажности, структуры почв, содержания гумуса и
т. п. на рост и развитие растений.
Однако не только абиотические факторы влияют на
организмы. Организмы образуют сообщества, где им приходится
бороться за пищевые ресурсы, за обладание определенными
пастбищами или территорией охоты, т. е. вступать в
конкурентную борьбу между собой. При этом проявляются
хищничество, паразитизм и другие сложные взаимоотношения как
на внутривидовом, так и, особенно, на межвидовом уровне.
Это уже факторы живой природы, или биотические факторы.
Биотические факторы — совокупность влияний
жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других,
а также на неживую среду обитания (Хрусталев и др., 1996). В
последнем случае речь идет о способности самих организмов в
определенной степени влиять на условия обитания. Например,
в лесу под влиянием растительного покрова создается особый
микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым
местообитанием создается свой температурно-влажностной
режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом —
прохладнее и влажнее. Особая микросреда возникает также в
дуплах деревьев, в норах, в пещерах и т. п.
Особо следует отметить условия микросреды под снежным
покровом, которая имеет уже чисто абиотическую природу. В
результате отепляющего действия снега, которое наиболее
эффективно при его толщине не менее 50—70 см, в его основа-
45
нии, примерно в 5-сантиметровом слое,, живут зимой,мелкие
животные-грызуны, так как температурные условия для них
здесь благоприятны (от 0 до -2 °С). Благодаря этому же
эффекту сохраняются под снегом всходы озимых злаков — ржи,
пшеницы. В снегу от сильных морозов прячутся и крупные
животные — олени, лоси, волки, лисицы, зайцы и др. — ложась
в снег для отдыха.
Внутривидовые взаимодействия между особями одного и
того же вида складываются из группового и массового
эффектов и внутривидовой конкуренции. Групповой и массовый
эффекты — термины, предложенные Д.Б.Грассе (1944),
обозначают объединение животных одного вида в группы по две или
более особей и эффект, вызванный перенаселением среды. В
настоящее время чаще всего эти эффекты называются
демографическими факторами. Они характеризуют динамику
численности и плотность групп организмов на популяционном
уровне, в основе которой лежит внутривидовая конкуренция,
которая в корне отличная от межвидовой. Она проявляется в
основном в территориальном поведении животных, которые
защищают места своих гнездовий и известную площадь в
округе. Таковы многие птицы и рыбы.
Межвидовые взаимоотношения значительно более
разнообразны (см. рис. 2.1). Два живущие рядом вида могут вообще
никак не влиять друг на друга, могут влиять и благоприятно, и
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;
протокооперация (содружество) — оба вида образуют
сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя
сообщество приносит им обоим пользу;
комменсализм — один вид, комменсал, извлекает
пользу от сожительства, а другой вид — хозяин не имеет
никакой выгоды (взаимная терпимость);
46
аменсализм — один вид угнетает рост и размножение
другого — аменсала;
паразитизм — паразитический вид тормозит рост и
размножение своего хозяина и даже может вызвать его
гибель;
хищничество — хищный вид питается своей жертвой.
Межвидовые отношения лежат в основе существования
биотических сообществ (биоценозов).
Антропогенные факторы —факторы, порожденные
человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение,
эрозия почв, уничтожение лесов и т. д.), рассматриваются в
прикладной экологии (см. «Часть II» настоящего учебника).
Среди абиотических факторов довольно часто выделяют/ош-
матические (температура, влажность воздуха, ветер и др.) и
гидрографические — факторы водной среды (вода, течение,
соленость и др.).
Большинство факторов качественно и количественно
изменяются во времени. Например, климатические — в течение
суток, сезона, по годам (температура, освещенность и др.).
Факторы, изменения которых во времени повторяются
регулярно, называют периодическими. К ним относятся не
только климатические, но и некоторые гидрографические —
приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы,
возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение
хищника и т. п.), называются непериодическими.
Подразделение факторов на периодические и
непериодические (Мончадский, 1958) имеет очень важное значение при
изучении приспособленности организмов к условиям жизни.
§ 2. Основные представления
об адоптациях организмов
Адаптация (лат. «приспособление») — приспособление
организмов к среде. Этот процесс охватывает строение и
функции организмов (особей, видов, популяций) и их органов. Адап-
47
тация всегда развивается под воздействием трех основных
факторов — изменчивости, наследственности и естественного
отбора (равно как и искусственного — осуществляемого
человеком).
Основные адаптации организмов к факторам внешней
среды наследственно обусловлены. Они формировались на исто-
рико-эволюционном пути биоты и изменялись вместе с
изменчивостью экологических факторов. Организмы адаптированы
к постоянно действующим периодическим факторам, но среди
них важно различать первичные и вторичные.
Первичные — это те факторы, которые существовали на
Земле еще до возникновения жизни: температура, освещенность,
приливы, отливы, естественные геофизические поля и др.
Адаптация организмов к этим факторам наиболее древняя и
наиболее совершенная.
Вторичные периодические факторы являются следствием
изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от
температуры; растительная пища, связанная с цикличностью в
развитии растений; ряд биотических факторов внутривидового
влияния и др. Они возникли позднее первичных и адаптация к
ним не всегда четко выражена.
В нормальных условиях в местообитании должны
действовать только периодические факторы, непериодические —
отсутствовать.
Непериодические факторы обычно воздействуют
катастрофически: могут вызвать болезни или даже смерть
живого организма. Человек использовал это в своих интересах,
искусственно вводя непериодические факторы: например,
химическая отрава уничтожает вредные для него организмы:
паразитов, вредителей сельхозкультур, болезнетворные бактерии,
вирусы и т. п. Но оказалось, что длительное воздействие
этого фактора также может вызвать адаптацию к нему:
насекомые адаптировались к ДДТ, бактерии и вирусы — к
антибиотикам, и т. д.
Источником адаптации являются генетические изменения
в организме — мутации, возникающие как под влиянием
естественных факторов на историко-эволюционном этапе, так и
в результате искусственного влияния на организм. Мутации
48
азнообразны и их накопление может даже привести к дезин-
рационным явленИям, но благодаря отбору мутации и их
комбинирование приобретают значение «ведущего
творческого фактора адаптивной организации живых форм» (БСЭ. Т. 1.
1970).
На историко-эволюционном пути развития на организмы
действуют абиотические и биотические факторы в комплексе.
Известны как успешные адаптации организмов к этому
комплексу факторов, так и «безуспешные», т. е. вместо адаптации
вид вымирает.
Прекрасный пример успешной адаптации — эволюция
лошади в течение примерно 60 млн лет от низкорослого предка
до современного красивейшего быстроногого животного с
высотой в холке до 1,6 м. Противоположный этому пример —
сравнительно недавнее (десятки тысяч лет назад) вымирание
мамонтов. Высокоаридный, субарктический климат
последнего оледенения привел к исчезновению растительности,
которой питались эти животные, кстати, хорошо приспособленные
к низким температурам (Величко, 1970). Кроме того,
высказываются мнения, что в исчезновении мамонта «повинен» и
первобытный человек, которому тоже надо было выжить: мясо
мамонтов употреблялось им в качестве пищи, а шкура спасала
от холода.
В приведенном примере с мамонтами недостаток
растительной пищи вначале ограничивал численность мамонтов, а ее
исчезновение привело к их гибели. Растительная пища
выступала здесь в виде лимитирующего фактора. Эти факторы играют
важнейшую роль в выживании и адаптации организмов.
§ 3. Лимитирующие факторы
Впервые на значение лимитирующих факторов указал
немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX в. Он устано-
л закон минимума: урожай (продукция) зависит от фак-
Ра, находящегося в минимуме. Если в почве полезные ком-
49
поненты в целом представляют собой уравновешенную
систему и только какое-то вещество, например фосфор,
содержится в количествах, близких к минимуму, то это может
снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые
минеральные вещества, очень полезные при оптимальном
содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке.
Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в
максимуме.
Таким образом, лимитирующими экологическими
факторами следует называть такие факторы, которые
ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по
сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их
иногда называют ограничивающими факторами.
Что касается закона минимума Ю. Либиха, то он имеет
ограниченное действие и только на уровне химических веществ.
Р. Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного
действия всех факторов жизни растений, включая температуру,
влажность, освещенность и т. д.
Различия в совокупном и изолированном действиях
относятся и к другим факторам. Например, с одной стороны,
действие отрицательных температур усиливается ветром и
высокой влажностью воздуха, но, с другой — высокая влажность
ослабляет действие высоких температур, и т. д. Однако,
несмотря на взаимовлияние факторов, все-таки они не могут
заменить друг друга, что и нашло отражение в законе
независимости факторов В. Р. Вильямса: условия жизни
равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен
другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить
действием углекислого газа или солнечного света, и т. д.
Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность
влияния экологических факторов на организм отражает закон
толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность
процветания определяется недостатком (в качественном или
количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из
ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к
пределам переносимого данным организмом. Эти два предела
называют пределами толерантности.
Относительно действия одного фактора можно проиллюст-
50
пировать этот закон так: некий организм способен
существовать при температуре от -5 °С до 25 °С, т. е. диапазон его
толерантности лежит в пределах этих температур. Организмы,
для жизни которых требуются условия, ограниченные узким
диапазоном толерантности по величине температуры,
называют стенотермными («стено» — узкий), а способных жить в
широком диапазоне температур — эвритермными («эври» —
широкий) (рис. 2.2).
Рис. 2.2. Сравнение относительных пределов толерантности
стенотермных и эвритермных организмов
(по Ф. Руттнеру, 1953)
Подобно температуре действуют и другие лимитирующие
факторы, а организмы по отношению к характеру их
воздействия называют, соответственно, стенобионтами и эврибион-
тами. Например, говорят: организм стенобионтен по
отношению к влажности, или эврибионтен к климатическим
факторам, и т. п. Организмы, эврибионтные к основным
климатическим факторам, наиболее широко распространены на
Земле.
Диапазон толерантности организма не остается
постоянным — он, например, сужается, если какой-либо из факторов
близок к какому-либо пределу, или при размножении
организма, когда многие факторы становятся лимитирующими.
Значит, и характер действия экологических факторов при
определенных условиях может меняться, т. е. он может быть, а мо-
51
жет и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что
организмы и сами способны снизить лимитирующее действие
факторов, создав, например, определенный микроклимат
(микросреду). Здесь возникает своебразн&я компенсация факторов,
которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже — на
видовом уровне.
Такая компенсация факторов обычно создает условия для
физиологической акклиматизациивица-эврибиотг., имеющего
широкое распространение, который, акклиматизируясь в
данном конкретном месте, создает своеобразную популяцию, эко-
тип, пределы толерантности которой соответствуют местным
условиям. При более глубоких адаптационных процессах здесь
могут появиться и генетические расы.
Итак, в природных условиях организмы зависят от
состояния критических физических факторов, от содержания
необходимых веществ и от диапазона толерантности самих
организмов к этим и другим компонентам среды.
§ 4. Значение физических и химических
факторов среды в жизни организмов
Влияние температуры на организмы
Температура — важнейший из ограничивающих
(лимитирующих) факторов. Пределами толерантности для любого
вида являются максимальная и минимальная летальные
температуры, за пределами которых вид смертельно поражают
жара или холод (рис. 2.3). Если не принимать во внимание
некоторые уникальные исключения, все живые существа
способны жить при температуре между 0 и 50 °С, что обусловлено
свойствами протоплазмы клеток.
На рис. 2.3 показаны температурные пределы жизни
видовой группы, популяции. В «оптимальном интервале»
организмы чувствуют себя комфортно, активно размножаются и
численность популяции растет. К граничным участкам
температурного предела жизни — «пониженной жизнедеятельности» —
52
организмы чувствуют себя угнетенно. При дальнейшем
похолодании в пределах «нижней границы стойкости» или
увеличении жары в пределах «верхней границы стойкости» организмы
попадают в «зону смерти» и погибают.
Рис. 2.3. Общий закон биологической стойкости
(по М. Ламотту)
Этим примером иллюстрируется общий закон
биологической стойкости (по Ламотту), применимый к любому из
важных лимитирующих факторов. Величина «оптимального
интервала» характеризует «величину» стойкости организмов, т. е.
величину их толерантности к этому фактору, или
«экологическую валентность».
Адаптационные процессы у животных по отношению к
температуре привели к появлению пойкилотермных и гомой-
отермных животных. Подавляющее большинство животных
являются пойкилотермными, т. е. температура их
собственного тела меняется с изменением температуры окружающей
сРеды: земноводные, пресмыкающиеся, насекомые и др.
Значительно меньшая часть животных — гомойотермные, т. е.
имеют постоянную температуру тела, независимую от темпе-
53
ратуры внешней среды: млекопитающие (в том числе и
человек), имеющие температуру тела 36—37 °С, и птицы с
температурой тела 40 °С.
Активную жизнь при температуре ниже нуля могут вести
только гомойотермные животные. Пойкилотермные хотя
выдерживают температуру значительно ниже нуля, но при этом
теряют подвижность. Температура порядка 40 °С, т. е. даже
ниже температуры свертывания белка, для большинства
животных предельна.
Не меньшее значение температура играет в жизни
растений. При повышении температуры на 10 ° С интенсивность
фотосинтеза увеличивается в два раза, но лишь до 30—35 °С,
затем его интенсивность падает, и при 40—45 °С фотосинтез
вообще прекращается. При 50 °С большинство наземных
растений погибает, что связано с интенсификацией дыхания
растений при повышении температуры, а затем его прекращения при
50 °С.
Температура влияет и на ход корневого питания у
растений: этот процесс возможен лишь при условии, когда
температура почвы на всасывающих участках на несколько градусов
ниже температуры наземной части растения. Нарушение этого
равновесия влечет за собой угнетение жизнедеятельности
растения и даже его гибель.
Известны морфологические приспособления растений к
низким температурам, так называемые жизненные формы
растений, которые, например, можно выделить по положению
почек возобновления растительных видов по отношению к
поверхности почвы и к защите, которую они получают от
снежного покрова, лесной подстилки, слоя почвы и т. п. Вот
некоторые из форм (по Раункеру): эпифиты — растут на других
растениях и не имеют корней в почве; фанерофиты (деревья,
кустарники, лианы) — их почки остаются над поверхностью снега
и нуждаются в защите покровными чешуйками; криптофиты,
или геофиты, теряют всю видимую растительную массу и
прячут свои почки в клубнях, луковицах или корневищах,
скрытых в почве; терофиты — однолетние растения, отмирающие
с наступлением неблагоприятного сезона, выживают лишь их
семена или споры.
Морфологические адаптации к климатическим условиям
54
жизни, и прежде всего к температурным, наблюдаются также
v животных. Жизненные формы животных одного вида,
например, могут сформироваться под воздействием низких
температур, от -20 до -40 °С, при которых они вынуждены
накапливать питательные вещества и увеличивать массу тела: из всех
тигров самый крупный амурский тигр, живущий в наиболее
северных и суровых условиях. Эта закономерность именуется
правилом Бергмана: у теплокровных животных размер тела
особей в среднем больше у популяций, живущих в более
холодных частях ареала распространения вида.
Но в жизни животных гораздо большее значение имеют
физиологические адаптации, простейшей из которых
является акклиматизация — физиологическое приспособление к
перенесению жары или холода. Например, борьба с перегревом
путем увеличения испарения, борьба с охлаждением у пойки-
лотермных животных путем частичного обезвоживания своего
тела или накопления специальных веществ, понижающих
точку замерзания, у гомойотермных — за счет изменения обмена
веществ.
Существуют и более радикальные формы защиты от
холода — миграция в более теплые края (перелеты птиц;
высокогорные серны на зиму переходят на более низкие высоты, и
др.), зимовка — впадение в спячку на зимний период (сурок,
белка, бурый медведь, летучие мыши: они способны понижать
температуру своего тела почти до нуля, замедляя метаболизм
и, тем самым, трату питательных веществ).
Большинство животных зимой находится в неактивном
состоянии, а насекомые — вообще в неподвижном,
остановившись в своем развитии. Это явление называют диапаузой, и
она может наступать на разных стадиях развития насекомых —
яйца, личинки, куколки и даже на стадии взрослой особи
(бабочки, например).
Но многие организмы умеренных широт в этот период
ведут активный образ жизни (волки, олени, зайцы и др.), а
некоторые даже размножаются (королевские пингвины и др.).
Таким образом, температура, являясь важнейшим
лимитирующим фактором, оказывает весьма существенное влияние
на адаптационные процессы в организмах и популяциях назем-
но-воздушной среды.
55
Свет и его роль в жизни организмов
Свет — это первичный источник энергии, без которого
невозможна жизнь на Земле. Он участвует в фотосинтезе,
обеспечивая создание растительностью Земли органических
соединений из неорганических , и в этом его важнейшая
энергетическая функция. Но в фотосинтезе участвует лишь часть спектра
в пределах от 380 до 760 нм, которую называют областью
физиологически активной радиации (ФАР). Внутри нее для
фотосинтеза наибольшее значение имеют красно-оранжевые лучи
(600—700 нм) и фиолетово-голубые (400—500 нм),
наименьшее — желто-зеленые (500—600 нм). Последние отражаются,
что и придает хлорофиллоносным растениям зеленую окраску.
Однако свет не только энергетический ресурс, но и
важнейший экологический фактор, весьма существенно влияющий на
биоту в целом и на адаптационные процессы и явления в
организмах.
За пределами видимого спектра и ФАР остаются
инфракрасная (ИК) и ультрафиолетовая (УФ) области. УФ-излуче-
ние несет много энергии и обладает фотохимическим
воздействием — организмы к нему очень чувствительны. ИК-излучение
обладает значительно меньшей энергией, легко поглощается
водой, но некоторые сухопутные организмы используют его
для поднятия температуры тела выше окружающей.
Важное значение для организмов имеет интенсивность
освещения. Растения по отношению к освещенности
подразделяются на светолюбивые (гелиофиты), тенелюбивые (сциофи-
ты) и теневыносливые.
Первые две группы обладают разными диапазонами
толерантности в пределах экологического спектра освещенности.
Яркий солнечный свет — оптимум гелиофитов (луговые
травы, хлебные злаки, сорняки и др.), слабая освещенность —
оптимум тенелюбивых (растения таежных ельников,
лесостепных дубрав, тропических лесов). Первые не выносят тени,
вторые — яркого солнечного света.
Теневыносливые растения имеют широкий диапазон
толерантности к свету и могут развиваться как при яркой
освещенности, так и в тени.
Свет имеет большое сигнальное значение и вызывает/?егу-
56
торные адаптации организмов. Одним из самых надежных
игналов, регулирующих активность организмов во времени,
является длина дня — фотопериод.
фотопериодизм как явление — это реакция организма на
сезонные изменения длины дня. Длина дня в данном месте, в
данное время года всегда одинакова, что позволяет растению и
животному определиться на данной широте со временем года,
т. е. временем начала цветения, созревания и т. п. Иными
словами, фотопериод — это некое «реле времени», или «пусковой
механизм», включающий последовательность физиологических
процессов в живом организме.
Фотопериодизм нельзя отождествлять с обычными
внешними суточными ритмами, обусловленными просто сменой дня
и ночи. Однако суточная цикличность жизнедеятельности у
животных и человека переходит во врожденные свойства вида,
т. е. становится внутренними (эндогенными) ритмами. Но в
отличие от изначально внутренних ритмов их
продолжительность может не совпадать с точной цифрой — 24 часа — на 15—
20 минут, и в связи с этим, такие ритмы называют циркадны-
ми (в переводе — близкие к суткам).
Эти ритмы помогают организму чувствовать время, и эту
способность называют «биологическими часами». Они
помогают птицам при перелетах ориентироваться по солнцу и вообще
ориентируют организмы в более сложных ритмах природы.
Фотопериодизм, хотя и наследственно закреплен,
проявляется лишь в сочетании с другими факторами, например
температурой: если в день X холодно, то растение зацветает
позже, или в случае с вызреванием — если холод наступает
раньше дня X, то, скажем, картофель дает низкий урожай, и т. п. В
субтропической и тропической зоне, где длина дня по сезонам
года меняется мало, фотопериод не может служить важным
экологическим фактором — на смену ему приходит
чередование засушливых и дождливых сезонов, а в высокогорье
главным сигнальным фактором становится температура.
Так же, как на растениях, погодные условия отражаются на
поикилотермных животных, а гомоиотермные отвечают на это
изменениями в своем поведении: изменяются сроки
гнездования, миграции и др.
Человек научился использовать описанные выше явления.
57
Длину светового дня можно изменять искусственно, тем
самым изменяя сроки цветения и плодоношения растений
(выращивание рассады еще в зимний период и даже плодов в
теплицах), увеличивая яйценоскость кур, и др.
Развитие живой природы по сезонам года происходит в
соответствии с биоклиматическим законом, который носит имя
Хопкинса: сроки наступления различных сезонных явлений (фе-
нодат) зависят от широты, долготы местности и ее высоты
над уровнем моря. Значит, чем севернее, восточнее и выше
местность, тем позже наступает весна и раньше осень. Для
Европы на каждом градусе широты сроки сезонных событий
наступают через три дня, в Северной Америке — в среднем через
четыре дня на каждый градус широты, на пять градусов
долготы и на 120 м высоты над уровнем моря.
Знание фенодат имеет большое значение для
планирования различных сельхозработ и других хозяйственных
мероприятий.
Вода в жизни организмов
Вода физиологически необходима любой протоплазме и с
экологической точки зрения является лимитирующим
фактором как в наземных, так и в водных местообитаниях, если там
ее количество подвержено резким изменениям (приливы,
отливы) или происходит ее потеря организмом в сильно соленой
воде осмотическим путем.
В наземно-воздушной среде этот абиотический фактор
характеризуется величиной количества осадков, влажности,
иссушающими свойствами воздуха и доступной площадью
водного запаса.
Количество атмосферных осадков обусловлено физико-
географическими условиями и неравномерно распределено на
земном шаре (рис. 2.4). Но для организмов важнейшим
лимитирующим фактором является распределение осадков по
сезонам года. В умеренных широтах даже при достаточном
количестве годовых осадков их неравномерное распределение
может привести к гибели растений от засухи или, наоборот, от
переувлажнения. В тропической зоне организмам приходится
переживать влажные и сухие сезоны, регулирующие их сезон-
58
Рис. 2.4. Распределение годичного количества осадков
по земному шару
ную активность при постоянной почти круглый год
температуре.
Адаптированные к условиям пустыни растения содержат
ингибитор прорастания, который вымывается лишь при
определенном количестве осадков, достаточном для вегетации
(например, 10 мм) и тогда только прорастает. Начинается
кратковременное «цветение пустыни» (обычно весной).
Влажность воздушной среды измеряется обычно в
показателях относительной влажности, т. е. в виде процента
реального давления водяного пара от давления насыщенного
пара при той же температуре. Отсюда способность влажности
изменять эффекты температуры: понижение влажности по
сравнению с некоторым пределом при данной температуре ведет к
иссушающему действию воздуха.
иссушающее действие воздуха наиболее важное
экологическое значение имеет для растений. Подавляющее большинство
Растений всасывает воду корневой системой из почвы. Иссуше-
ние почвЪ1 затрудняет всасывание. Адаптация растений к этим
59
условиям — увеличение всасывающей силы и активной
поверхности корней. Величина этой силы у корней умеренной зоны от
2 до 4-106Па, а у растений сухих областей — до 6-Ю6 Па. Как
только выбрана доступная вода в данном объеме, корни растут
далее вглубь и в стороны и корневая система может достигнуть,
например, у злаков длины 13 км на 1000 см3 почвы (без
корневых волосков) (рис. 2.5).
Рис. 2.5. Корневые системы растений в разных условиях
водоснабжения (по М. С. Шалыту, 1950; Б. А. Тихомирову, 1963) :
а — Festuca sulcata; б — Euphorbia gerardiana (на черноземах Аска-
нии-Нова, Южная Украина); в — Eriophorum scheuchzeri;
г — Hierochloe alpina (в тундре Таймыра)
60
Вода расходуется на фотосинтез, всего около 0,5%
всасывается клетками, а 97—99% ее уходит на транспирацию —
испарение через листья. При достатке воды и питательных
веществ рост растений пропорционален транспирации, а ее
эффективность будет наивысшей. Эффективность
транспирации — это отношение прироста вещества (чистой продукции) к
количеству транспирированной воды. Измеряется в граммах
сухого вещества на 1000 см3 воды. Для большинства растений
она равна двум, т. е. на получение каждого грамма живого
вещества тратится 500 г воды, даже для большинства
засухоустойчивых. Основная форма адаптации — не снижение
транспирации, а прекращение роста в период засухи.
В нижних ярусах тропических дождевых лесов, где 100%-ная
относительная влажность, есть растения с приспособлениями
для потери воды, а в пустынях у некоторых растений водный
баланс не нарушается даже в период непродолжительной
засухи, и т. д. В зависимости от способов адаптации растений к
влажности выделяют несколько экологических групп,
например: гигрофиты — наземные растения, живущие в очень
влажных почвах и в условиях повышенной влажности (рис,
папирус); мезофиты — переносят незначительную засуху
(древесные растения различных климатических зон, травянистые
растения дубрав, большинство культурных растений и др.);
ксерофиты — растения сухих степей и пустынь, способные
накапливать влагу в мясистых листьях и стеблях —суккуленты (алоэ,
кактусы и др.), а также обладающие большой всасывающей
силой корней и способные снижать транспирацию с узкими
мелкими листьями — склерофиты;
Среди суккулентов наблюдается явление конвергенции —
растения, относящиеся к разным видам, имеют практически
одинаковую форму: у африканского молочая и кактуса
шарообразная форма (рис. 2.6), обеспечивающая наименьшую
поверхность испарения.
Доступный запас воды, т. е. такой воды, которую
способна поглощать корневая система растений, зависит прежде
всего от количества осадков в данном районе и
водопроницаемости поверхностных отложений. Даже при большом количестве
°садков, высокая проницаемость песчаных и песчано-гравий-
61
ных отложений приведет к быстрой фильтрации воды в
глубину, осушая почву.
В случае, если естественный источник не обеспечивает
достаточный запас доступной влаги, прибегают к искусственным
способам его пополнения — орошению с помощью устройства
ирригационных систем.
Рис. 2.6. Конвергенция растений:
а — молочай пухлый; б — астрофитум козлорогий
У животных по отношению к воде выделяются свои
экологические группы: гигрофилы (влаголюбивые) и ксерофилы
(сухолюбивые), а также промежуточная группа —мезофилы.
Способы регуляции водного баланса у них поведенческие,
морфологические и физиологические.
К поведенческим способам относятся перемещение в более
влажные места, периодическое посещение водопоя, переход к
ночному образу жизни и др. К морфологическим адаптациям —
приспособления, задерживающие воду в теле:раковины
наземных улиток, роговые покровы у рептилий, и др.
Физиологические приспособления направлены на образование
метаболической воды, являющейся результатом обмена веществ и
позволяющей обходиться без питьевой воды. Она широко
используется насекомыми и часто такими животными, как верблюд,
овца, собака, которые могут выдержать потерю воды в
количестве, соответственно, 27, 23 и 17%. Человек погибает уже при
10%-ной потере воды. Пойкилотермные животные более
выносливы, так как им не приходится использовать воду на
охлаждение, как теплокровным.
62
Совместное действие температуры и влажности
Температура и влажность, действуя в непрерывном
единстве, определяют «качество» климата: высокая влажность в
течение года сглаживает сезонные колебания температур —
это морской климат, высокая сухость воздуха приводит к
резким колебаниям температур — континентальный климат.
Разнообразие климата на просторах России создает большое
разнообразие экологических условий и, как следствие, флора и
фауна нашей страны отличаются широким видовым
разнообразием и пока еще остаются одними из богатейших в мире.
Температура и влажность достаточно надежно
оцениваются количественно, и поскольку они являются
определяющими из всех внешних лимитирующих факторов, то с их
воздействием легко коррелируется большинство экологических
явлений в животном и растительном мире.
На рис. 2.7 приведена экограмма продолжительности жйз-
ис- 2.7. Продолжительность жизни куколки яблоневой плодожор-
и ^arpocapsa pomonella в зависимости от влажности и температуры
(по В. Шелфорду)
63
ни насекомого — яблоневой плодожорки. Кривые соединяют
точки с одинаковой продолжительностью жизни или
соответствуют равным смертностям. Как видно из рисунка, смертность
ничтожна при температуре 24 °С и 70%-ной относительной
влажности. Такие экограммы можно построить для любых вредных
насекомых в данной местности; например, комаров, хлопкового
долгоносика и т. п. По этим данным можно прогнозировать их
активность и направление борьбы с ними, в том числе и
биологическими методами — экологически наиболее безопасными.
Водная среда
Здесь основные экологические факторы — течения и
волнения в реках, морях, океанах, действующие практически
постоянно. Они могут косвенно влиять на организм, изменяя
ионный состав и минерализацию воды, тем самым изменяя состав
и концентрацию питательных веществ, а также оказывать и
прямое действие, вызывающее адаптации животных и
растений к течению. Например, рыбы в спокойных реках имеют
сплюснутое с боков тело (лещ, плотва), а в быстрых —
округлое в сечении (форель), водоросли также морфологически
приспособлены к течениям, прикрепляются к субстрату, и т. п.
Особенно ощутимо на организмы воздействует волнение
воды — на скалистых берегах сила удара волны может
достигать 0,3 МПа, но и на них удерживаются прикрепленные
животные (усоногие рачки, брюхоногие моллюски и др.).
Вода — достаточно плотная среда, оказывающая
ощутимое сопротивление движению животных. Поэтому для них
характерна обтекаемая форма тела, как для рыб (акула), так и
для млекопитающих (дельфин) и даже моллюсков
(головоногие моллюски: осьминоги, каракатицы и др.). Самые
совершенные морфологические адаптации у дельфина.
Атмосферные газы как экологический фактор
Воздушная среда имеет малые плотности и подъемную
силу, незначительную опорность. Поэтому в ней нет
постоянно живущих организмов и все ее обитатели связаны с
поверхностью Земли. Но воздушная среда оказывает на организмы не
только физическое, но и химическое воздействие, обеспечивая
их дыхание и фотосинтез.
64
Физические факторы воздушной среды
К этим факторам относятся движение воздушных масс и
атмосферное давление.
Движение воздушных масс может быть в виде их
пассивного перемещения конвективной природы или в виде ветра —
вследствие циклонической деятельности атмосферы Земли. В
первом случае обеспечивается расселение спор, пыльцы,
семян, микроорганизмов и мелких животных, которые имеют
специальные для этого приспособления — анемохоры: очень
мелкие размеры, парашютовидные придатки и др. (рис. 2.8). Всю
эту массу организмов называют аэропланктоном. Во втором
случае ветер также переносит аэропланктон, но на значительно
большие расстояния, при этом может перенести и
загрязняющие вещества в новые зоны, и т. п.
Рис. 2.8. Плоды, расселяющиеся с помощью ветра, — анемохоры
(по Ю. С. Левину, 1951). Анемохоры: 1 — семя с хохолком кипрея
горного; 2 — плод валерианы; 3 — плод двукрылоподобного;
4 — плод березы; 5 — крылатка клена
65
Рис. 2.9. Флаговая форма сосны на побережье Балтийского моря
близ Ростока (по Н. Wachs)
Ветер, подобно течениям в реках, может оказывать и
прямое воздействие на растения, например на их рост (рис. 2.9),
угнетающее действие на активность животных, например птиц.
Низкая сопротивляемость воздуха движению различных тел
в ходе эволюции была использована для перемещения
многими животными, вплоть до рептилий. Сейчас около 75%
наземных видов различными способами (мускульные усилия,
планирование) приспособлены к полету. Для птиц, летучих
мышей и других полет — это поиск добычи.
Атмосферное давление оказывает весьма существенное
экологическое воздействие в особенности на позвоночных
животных, которые из-за этого не могут жить выше 6000 м над
уровнем моря.
Химические факторы воздушной среды
Химический состав атмосферы весьма однороден: азота —
78,8% кислорода — 21, аргона — 0,9; углекислого газа — 0,03%
по объему. По современным данным, концентрации диоксида
углерода (С02) и кислорода (02) в значительной степени
лимитирующие факторы даже в наземных условиях: содержание С02
находится где-то в минимуме, а кислорода — в максимуме
толерантности растений по этим факторам (Ю. Одум, 1986). Тем
не менее пока в приземной части атмосферы нет перетока
кислорода или избытка диоксида углерода (хотя по С02 есть
данные об увеличении ее содержания).
66
В почвах и подстилающих их породах, вплоть до уровня
грунтовых вод (в зоне аэрации) углекислого газа уже 10%, а
кислород становится лимитирующим фактором для аэробов-
редуцентов, что приводит к замедлению разложения отмершей
органики.
В воде кислорода в 20 раз меньше, чем в атмосфере, и здесь
он является лимитирующим фактором. Источники его —
диффузия из атмосферного воздуха и фотосинтез водных растений
(водорослей), а растворению способствуют понижение
температуры, ветер и волнения воды. Лимитирующее действие С02
в воде выражено не явно, но известно, что высокое его
содержание ведет к гибели рыб и других животных.
При растворении С07 в воде образуется слабая угольная
кислота Н2С03, легко образующая карбонаты и бикарбонаты.
Карбонаты — источник питательных веществ для построения
раковин и костной ткани и хороший буфер для поддержания
водородного показателя (рН) водной среды на нейтральном уровне.
Важность последнего обстоятельства состоит в том, что для
гидробионтов интервал толерантности по рН столь узок, что
даже незначительные отклонения от оптимума приводят
организм к гибели. Это связано с нарушением очень тонкой
системы ферментной регуляции в организме.
Поскольку величина рН пропорциональна количеству С02
в воде, то ее измерение позволяет судить о скорости общего
метаболизма водной экосистемы (гидроэкосистемы),
Биогеные вещества
как экологические факторы
Биогенные соли и элементы, как это показал еще Ю. Ли-
бих в XIX в., являются лимитирующими факторами и
ресурсами среды для организмов. Одни из элементов требуются
организмам в относительно больших количествах, поэтому их
называют макроэлементами, другие тоже жизненно
необходимы организмам, но в очень малых, как говорят, следовых
количествах — их называют биогенными микроэлементами.
Растения получают их, как правило, из почвы, реже — из воды, а
животные и человек — с пищей.
67
, Биогенные макроэлементы
Первостепенное значение среди них имеют фосфор и азот в
доступной для организмов форме. Фосфор — это важнейший и
необходимый элемент протоплазмы, а азот входит во все
белковые молекулы.
Основной источник азота — атмосферный воздух, а
фосфора — лишь горные породы и отмершие организмы. Азот
фиксируется большинством растительных и гетеротрофных
организмов и включается в биологический круговорот. Фосфора в
организме содержится в процентном отношении больше, чем,
в исходных природных источниках, и именно поэтому так
велика его лимитирующая роль. Ю. Одум (1975) приводит
пример с желтком яйца утки, в одном грамме которого фосфора
содержится больше в 9-106 раз, чем в одном грамме воды реки
Колумбии, из которой птица получает пищу.
Недостаток фосфора по своему влиянию на продуктивность
биоты стоит на втором месте после воды.
Лишь немногим по своему значению этим элементам
уступают калий, кальций, сера и магний. Калий входит в состав
клеток, играет важнейшую роль в осмотических процессах, в работе
нервной системы животных и человека, способствует росту
растений, и т. д. Кальций является составной частью раковин и костей
животных, необходим растениям, и т. д. Сера входит в состав
некоторых аминокислот, коферментов, витаминов, обеспечивает
хемосинтез, и др. Магний — необходимая часть молекул
хлорофилла, входит в состав рибосом растений и животных и др.
Биогенные микроэлементы
Биогенные микроэлементы входят в состав ферментов и
нередко бывают лимитирующими факторами. Для растений в
первую очередь необходимы: железо, марганец, медь, цинк,
бор, кремний, молибден, хлор, ванадий и кобальт. Если в этом
наборе, например, нехватка Mn, Fe, CI, Zn и V, то не будет
полноценным процесс фотосинтеза, а если не будет Мо, В, Со
и Fe, то нарушится азотный обмен, и т. п. Эти же
микроэлементы необходимы животным и человеку. Их недостаток (или
избыток при загрязнении) вызывает болезни.
68
Граница между макро- и микроэлементами довольно
условна: например, натрия животным требуется во много раз
больше, чем растениям, для которых натрий часто вносят в список
микроэлементов.
Естественные геофизические поля как экологические
факторы
Свойство геофизических полей литосферы оказывать
влияние на состояние биоты (включая человека) отражают
геофизическую экологическую функцию литосферы. Геофизические
ритмы воздействовали на живые организмы на протяжении всей
истории существования биоты, т. е они являются первичными
периодическими экологическими факторами. Адаптации к
таким факторам организмов (см. гл. 2/§ 2) весьма совершенны,
и поэтому «жизненные процессы в биоте оказались целиком
подчиненными этим ритмам» (Трофимов, Зилинг, 2002).
Известно прямое воздействие магнитного поля Земли на
эволюцию животных и человека. Например, сопоставление
размеров их скелетов с вариациями магнитного поля показало,
что размеры скелета животных и человека увеличиваются в
периоды уменьшения интенсивности магнитного поля в
8000-летнем цикле.
В настоящее время благодаря космическим полетам уже
хорошо известно о влиянии гравитационного поля на
организмы. При значительном увеличении силы тяжести
уменьшается двигательная активность, снижается количество выводимой
из организма жидкости, содержание азота и калия, и в то же
время возрастает содержание в организме воды, натрия,
кальция и фосфора. При изменении знака гравитационного поля -
все изменения в организме происходят в обратном порядке.
На земной поверхности на протяжении всего
геологического времени существования биосферы средняя температура
температурного поля Земли поддерживалась в пределах от 0 до
40°С Можно указанные цифры считать пределами
толерантности биоты Земли. Тем не менее даже понижение или
повышение существующей сейчас средней температуры на
поверхности Земли всего на 3—4°С, может привести в первом слу-
ае — к оледенению и резкому сокращению количества свобод-
69
ной воды, во втором — к затоплению огромных пространств и
сокращению места проживания биоты, которая приспособлена
к «сухопутной» жизни.
В приземной части атмосферы природное
электромагнитное поле содержит так называемое электростатическое поле,
которое в значительной части генерируется литосферой. Оно
влияет на содержание положительных и отрицательных ионов
воздуха (аэроионов), оказывающих на организмы
физиологическое воздействие. При оптимальных дозах отрицательных
аэроионов (ионов кислорода воздуха) обычен положительный
эффект, например, увеличивается прорастание семян растений,
усиливается жизнедеятельность всех других организмов.
Положительные аэроионы обычно оказывают негативное
влияние на организм (Трофимов, Зилинг, 2002).
Электромагнитные поля являются универсальным носителем
информации в биосфере. По сравнению с звуковой, световой или
химической информацией, они распространяются при любой
погоде и на любые расстояния, на них реагируют любые
биосистемы, они могут поступать из Космоса на Землю. С усложнением
биосистем у них появляется способность накапливать слабые
сигналы и воспринимать ту информацию, которую они несут.
Естественное радиоактивное полеЗемли, или поле
ионизирующего излучения, наблюдается на поверхности и в
приповерхностной части литосферы и образуется за счет излучения
радионуклидов, входящих в состав горных пород, и
радиоактивными газами — радоном-222 и радоном-220 (тороном). В
разных частях поверхности Земли естественный фон варьирует в
пределах от 2 до 20 мЗв. Радиационное излучение выше
указанного уровня может рассматриваться как мутагенный фактор.
§ 5. Эдафические факторы и их роль
в жизни растений и почвенной биоты
Эдафические (от греч. edaphos — почва) факторы —
почвенные условия произрастания растений. Они делятся на
химические — реакция почвы, солевой режим почвы, элементар-
70
ный химический состав почвы, обменная способность и состав
обменных катионов; физические — водный, воздушный и
тепловой режимы, плотность и мощность почвы, ее
гранулометрический состав, структурам др.; биологические —
растительные и животные организмы, населяющие почву (Хрусталев,
Матишев, 1996). Из них важнейшими экологическими
факторами являются влажность, температура, структура и пористость,
реакция почвенной среды, засоленность.
Состав и структура почв
Почва — особое естественно-историческое образование,
возникшее в результате изменения поверхностного слоя
литосферы совместным воздействием воды, воздуха и живых
организмов. Порода, из которой образовалась почва, называется
материнской. Исходные минералы и структура породы
разрушаются, создаются новые минералы и другая структура,
обеспечивающие накопление разложившейся органики. В результате
формируется почва — геологическое тело, отличающееся от всех
похожих на нее глинистых и песчаных образований тем, что
обладает плодородием: дает жизнь растениям и,
следовательно, пищу животным и человеку.
Плодородие почвы — ее способность удовлетворять
потребность растений в питательных веществах, воздухе, биотической
и физико-химической среде, включая тепловой режим, и на этоб
основе обеспечивать урожай сельскохозяйственных культур, а
также биогенную продуктивность диких форм растительности.
Электромагнитные поля являются универсальным насите-
лем информации в биосфере. По сравнению со звуковой, свето-,
вой или химической информацией, они распространяются в
любой среде обитания с максимальной скоростью, при любой
погоде и на любые расстояния, на них реагируют любые
биосистемы, они могут поступать и з Космоса на Землю. С усложнением
биосистем у них появляется способность накапливать слабые
сигналы и воспринимать ту информацию, которую они несут.
Различают искусственное и естественное плодородие.
Искусственное плодородие — результат агрономического воздей-
71
ствия на почву, а естественное плодородие, или просто
почвенное плодородие, обусловлено естественными
экологическими факторами почвы.
Почва состоит из твердой, жидкой и газообразной
компонент и содержит живые макро- и микроорганизмы
(растительные и животные).
Твердая компонента преобладает в почве и представлена
минеральной и органической частями. Больше всего
минералов первичных, оставшихся от материнской породы, меньше —
вторичных, образовавшихся в результате разложения
первичных, — это глинистые минералы коллоидных размеров, а
также минералы-соли: карбонаты, сульфаты, галоиды и др.,
выпадающие в осадок из почвенных вод. Процентное содержание
в почве способных легко растворяться в воде минералов-солей^
характеризует ее степень засоления. Органическая часть
представлена гумусом — сложным органическим веществом,
образовавшимся в результате физико-химического разложения
отмершей органики. Гумус играет ключевую роль в плодородии
почвы благодаря питательным веществам, которые он
содержит, в том числе и биогенным элементам. Содержание гумуса
в почвах колеблется от десятых долей процента до 20—22%.
Самые богатые гумусом почвы — черноземы, они же и самые
плодородные.
Почвенная биота представлена фауной и флорой. Фауна:
дождевые черви, мокрицы, земляные клещи, нематоды и др.
перераспределяют гумус и биогенные элементы, повышая ее
плодородие. Огромную роль играют дождевые черви, вес
которых может превышать вес пасущегося на лугу скота. На гектар
черноземной пашни до пяти миллионов особей. Они, по
мнению Ч. Дарвина, пропускают через свой кишечник за
несколько лет весь пахотный слой. Флора — это грибы, бактерии,
водоросли и др., которые перерабатывают органику до исходных
неорганических составляющих (деструкторы).
Жидкая компонента почв, вода, может быть свободной,
связанной, капиллярной и парообразной. Свободная вода
перемещается по порам под действием силы тяжести, связанная
адсорбируется поверхностью частиц и образует на них пленку,
капиллярная удерживается в тонких порах под действием ме-
72
нясковых сил, ^парообразная находится в той части пор,
которая свободна от воды. Наиболее доступной для корневой
системы растений являются свободная и капиллярная формы
воды, труднодоступная — связанная (пленочная) вода, а
парообразная влага большой роли не играет. Отношение массы всей
воды в почве к массе ее твердой компоненты, обычно
выраженное в процентах, именуют влажностью почвы.
Всю жидкую компоненту почв называют почвенным
раствором. Он может содержать нитраты, бикарбонаты,
фосфаты, сульфаты и другие соли, а также водорастворимые
органические кислоты, их соли, сахара, но преимущественно в
свободной и капиллярной воде, в связанной воде вещества
труднорастворимы. Концентрация раствора зависит от влажности
почвы.
Состав и концентрация почвенного раствора определяют/?е-
акцию среды, показателем которой является величина рН.
Наиболее благоприятной для растений и почвенных животных
является нейтральная среда (рН = 7).
Структура и пористость определяют доступность для
растений и животных питательных веществ. Частицы почв,
связанные между собой силами молекулярной природы,
образуют структуру почвы. Между ними образуются пустоты,
называемые порами. Пористость — это доля объема пор в объеме
почвы, которая может достигать 50% и более.
Строение почв
в вертикальном разрезе
Почвообразование происходит сверху вниз, с постепенным
затуханием интенсивности процесса. В умеренной зоне он
затухает на глубинах 1,5—2,0 м. Этой величиной и определяется
мощность (толщина) почв в умеренной зоне. Изменяется не
только интенсивность, но и характер почвообразовательного
процесса, что отражается в почвенном профиле (рис. 2.10), в
нем выделяются три горизонта: перегнойно-аккумулятив-
ный (А), вмывания (В) и материнская порода (С).
На рис. 2.10 приведено более детальное подразделение
горизонта «А», который определяет плодородие почв. Мощность
73
Рис. 2.10. Обобщенный почвенный профиль
его от нескольких до десятков сантиметров, в нем
аккумулированы, в основном в гумусовом горизонте Аг питательные
вещества для корневой системы растений и почвенная биота, но
уже в горизонте А2 происходит выщелачивание и вымывание
солей, органических коллоидов и т. п., которые переносятся,
вмываются в горизонт В —иллювиальный. Здесь органические
вещества перерабатываются редуцентами в минеральные
формы и происходит накопление карбонатов, гипса, глинистых
минералов и др. Этот горизонт постепенно переходит в
материнскую породу (С).
Важнейшие экологические факторы почв
Эти факторы можно разделить на физические и
химические. К физическим относятся влажность, температура,
структура и пористость.
Влажность, а точнее доступная влажность для растений,
74
зависит от сосущей силы корневой системы растений и от
физического состояния самой воды. Практически недоступна
часть пленочной воды, прочно связанная с поверхностью
частицы. Легко доступна свободная вода, но она довольно
быстро уходит в глубокие горизонты, и прежде всего из крупных
ПОр __ быстро движущаяся вода, а затем из мелких —
медленно движущаяся вода, связанная и капиллярная влага
удерживается в почве длительное время.
Иными словами, доступность влаги зависит от водоудер-
живающей способности почв. Сила удерживающей
способности тем выше, чем почва глинистее и чем она суше. При очень
низкой влажности если и остается, то только недоступная для
растений прочно связанная вода, и растение погибает, а
гигрофильные животные (дождевые черви и др.) перебираются в
более влажные глубокие горизонты и там впадают в «спячку» до
выпадения дождей, однако многие членистоногие
приспособлены к активной жизни даже при предельной сухости почвы.
Температура почвы зависит от внешней температуры, но,
благодаря низкой теплопроводности почвы, температурный
режим довольно стабилен и уже на глубине 0,3 м амплитуда
колебания температуры менее 2 °С (Новиков, 1979), что
важно для почвенных животных — нет необходимости
перемещаться вверх-вниз в поисках более комфортной температуры.
Суточные колебания ощутимы до глубины 1 м. Летом
температура почвы ниже, а зимой — выше, чем воздуха.
Структура и пористость почвы обеспечивают ее
хорошую аэрацию. В ней активно перемещаются черви, особенно
в глинистой, суглинистой и песчаной, увеличивая пористость.
В плотных почвах затрудняется аэрация и кислород может
стать лимитирующим фактором, однако большинство
почвенных организмов способны жить и в плотных глинистых
почвах.
Почвенные горизонты также являются средой жизни
млекопитающих, например грызунов. Они живут в норах,
глубина которых может даже несколько превышать мощность
почвенного горизонта.
Важнейшими экологическими факторами являются и хи-
мические, такие как реакция среды и засоленность.
75
Реакция среды — очень важный фактор для многих
животных и растений. В сухом климате преобладают
нейтральные и щелочные почвы, во влажных районах — кислые.
Многие злаки дают лучший урожай на нейтральных и
слабощелочных почвах (ячмень, пшеница), каковыми обычно
являются черноземы.
Засоленными называют почвы с избыточным
содержанием водорастворимых солей (хлоридов, сульфатов, карбонатов).
Они возникают вследствие вторичного засоления почв при
испарении грунтовых вод, уровень которых поднялся до
почвенных горизонтов. Среди засоленных почв выделяют
солончаки и солонцыt в последних преобладают карбонаты натрия.
Почвы эти щелочные — рН, соответственно, равен восьми и
девяти.
Флора и фауна засоленных почв очень специфичны.
Растения здесь весьма устойчивы не только к концентрации, но и
к составу солей, но разные растения приспособлены
по-разному. Солеустойчивые растения называют галофитами. Один
из галофитов так и называется — солерос и может
выдерживать концентрацию солей свыше 20%. В то же время
дождевые черви даже при невысокой степени засоления
длительный срок выдержать его не могут. Засоление почв приводит к
падению урожайности сельхозкультур.
Экологические индикаторы
Организмы, по которым можно определить тот тип
физической среды, где они росли и развивались, являются
индикаторами среды. Например, таковыми могут быть галофиты.
Адаптируясь к засолению, они приобретают определенные
морфологические признаки, по которым можно определить, что
данная почва засолена, и даже примерную степень засоления.
Это касается не только галофитов, но и жизненных форм
растений относительно влаги (гигрофиты, ксерофиты и т. д.),
по которым можно оценить влияние этих условий на
пастбищный потенциал. Широко известно применение геоботанических
методов для поисков полезных ископаемых по растениям-ин-
76
дикаторам, которые способны накапливать в себе химические
элементы полезного ископаемого и т. п.
По организмам-индикаторам можно судить, например, о
загрязнении среды: исчезновение лишайников на стволах
деревьев свидетельствует об увеличении содержания сернистого
газа в воздухе; качественный и количественный составы
фитопланктона свидетельствует о степени загрязнения водной
среды, и т. д.
§ 6. Ресурсы живых существ
как экологические факторы
«Ресурсы живых существ — это по преимуществу
вещества, из которых состоят их тела, энергия, вовлекаемая в
процессы их жизнедеятельности, а тгкжеместа, где протекают те
или иные фазы их жизненных циклов» (Бигон и др., 1989).
Зеленое растение создается из неорганических молекул и
ионов — вода, углекислый газ, кислород, биогенные
вещества—и солнечной радиации в результате фотосинтеза.
Неорганические компоненты здесь можно рассматривать как пище-
вой ресурс, а свет — как ресурс энергетический. Сами
растения являются пищевым ресурсом травоядных животных,
травоядные — ресурс для хищников, те и другие — пищевой
ресурс для паразитов, а после гибели — для деструктуров.
Перераспределение вещества и энергии между консумен-
тами происходит при конкурентной борьбе за пищевые
ресурсы, что вынуждает, например, животных охранять свои места
охоты. Такие места, а также территории, где организмы
размножаются, проходят стадии своего развития по типу
метаморфоза и т. п., относят к ресурсам среды для определенного
вида организмов, популяций и биоценозов.
Классификация ресурсов
Ресурсы живых существ можно разделить на незаменимые
и взаимозаменяемые. Незаменимые ресурсы — это когда один
77
не в состоянии заменить другой, который в свою очередь
становится жестким лимитирующим фактором.
Ресурсы могут выступать лимитирующим фактором,
поскольку никто не отменял закона толерантности при
использовании компонентов среды как ресурсов. Здесь в полной мере, в
особенности относительно высших растений, действует закон
независимости факторов В. Р. Вильямса, причем каждый из
ресурсов (С02, Н20, К, S, Р, N и др.) добывается независимо от
других и, зачастую, своим особым способом.
При высокой ресурсной обеспеченности незаменимые
ресурсы вызывают явление ингибирования — они становятся
токсичными, превращаясь в лимитирующие факторы, выходящие
за верхний предел толерантности к ним организмов.
Например, в результате загрязнения почв создается избыток калия,
кадмия и т. п. для растений, при вырубке леса — избыток
света для тенелюбивых растений, и др.
Взаимозаменяемые ресурсы — это когда любой из двух
ресурсов можно заменить другим, при этом они могут быть и
различного качества, т. е. взаимозаменяемость — это еще не
значит равноданность. Они могут быть взаимодополняющими
и антагонистическими.
У плотоядных животных практически любую поедаемую
ими пищу, т. е. добычу, можно заменить другой в том же
объеме: одну косулю — несколькими зайцами, зайца —
десятками мелких грызунов, и т. п. Но взаимозаменяемые ресурсы
могут быть взаимодополняющими, если при совместном
потреблении обоих ресурсов в совокупности их требуется
меньше, чем при раздельном потреблении. Например, чтобы
получить одни и те же калории при питании, можно съесть
отдельно определенный объем риса, или, тоже отдельно,
определенный объем бобов. Но если их употреблять совместно, то
совмещенный объем съеденного риса и бобов будет меньше при
тех же калориях.
Однако может быть и наоборот: при совместном
потреблении ресурсов для поддержания жизни организмов обоих
ресурсов расходуется больше, чем при раздельном потреблении.
Такие ресурсы называются антагонистическими. Такое бывает,
если, например, один ресурс содержит одно токсичное соеди-
78
нение, а второй — другое, тогда поедание обоих ресурсов более
неблагоприятным образом сказывается на росте организмов,
чем если бы они питались одним из ресурсов.
Экологическое значение незаменимых ресурсов
В результате морфологических и физиологических
адаптации возникает некое соответствие между организмом и
средой, но оно еще не гарантирует выживания организма в этой
среде, если он не сможет найти свое место в сложной цепи
биологических взаимодействий как на внутривидовом, так и на
межвидовом уровнях.-Первое испытание —- это конкуренция на
внутривидовом уровне за ресурсы.
Единственнымресурсял* энергии для зеленых растений
является свет. Лучистая солнечная энергия — это единственный
из ресурсов, который действует в одном направлении, а
остальные (вода, углекислый газ, биогенные вещества)
используются многократно, вовлекаемые в биологический
круговорот веществ. Важнейшее значение для популяций растений
имеет распределение этой энергии, где первейшую роль
играет листовой полог леса или посевов полей сельхозкультур,
состоящий из ярусов свето- и тенелюбивых растений.
Количество солнечной энергии, которое используется растением на
фотосинтез, должно быть пропорционально освещенной
площади листьев. А эта площадь — величина переменная,
зависящая от формы и расположения листьев, а также высоты
солнца над горизонтом и интенсивности солнечного
излучения.
Но даже при благоприятных условиях, при ярком
солнечном освещении, интенсивность фотосинтеза может не
достигать максимума (Бигон и др., 1989). Максимальные же
значения эффективного использования лучистой энергии у растений
составляют 3—4,5% у морских микроскопических водорослей,
1—3% — в тропических лесах, 0,6—1,2% — в лесах умеренного
пояса и 0,6% — в посевах сельхозкультур. На таких значениях
эффективности использования световых ресурсов и держится
вся энергетика экосистемы.
79
Диоксид углерода также незаменимы й ресурс в
фотосинтезе, но проблем с его недостатком не возникает.
Более того, избыток С02 может интенсифицировать
фотосинтез даже при некоторой недостаточной освещенности,
например в нижних ярусах густого леса, где его содержание
несколько повышенное.
Вода — это не только компонент фотосинтеза, но и
незаменимая составляющая клеточной протоплазмы. Для
подавляющего большинства растений основной источник воды — почва.
Во многих случаях вода становится лимитирующим фактором
из-за ограниченных ее количеств в почве, но она может быть
лимитирующей и при максимальном водонасыщении почвы.
Большинство растений гибнет при подтоплении как
вследствие отсутствия аэрации корневой системы, так и вследствие
«отравления» сероводородом, выделяемом анаэробными
бактериями. Однако ряд высших растений с корневой системой в
виде трубчатых корней способны жить в этих почвах, так как
по такой трубчатой системе осуществляется доступ воздуха к
корневой системе.
Минеральные ресурсы — это извлекаемые растением из
почвы биогенные микро- и макроэлементы. Без них рост
растений, т. е. образование органических молекул, невозможен.
Минеральные ресурсы «добываются» корневой системой
растений, их доступность неразрывно связана с доступностью воды,
а наличие и количественный состав зависят от содержания
биогенных веществ в почве.
Кислород в наземных сообществах не является пока
лимитирующим ресурсом, но растворимость в воде у него
значительно меньше, чем у углекислого газа, поэтому в водной
среде кислород является лимитирующим ресурсом. Для всех
существ, кроме анаэробов, кислород — незаменимый ресурс.
Гидробионты, чтобы выжить в условиях лимитирующего
действия кислорода, должны либо постоянно поддерживать ток
воды через жабры (рыбы), либо иметь очень большую
поверхность тела (ракообразные), либо обладать способностью к
медленному дыханию (личинки некоторых насекомых), либо
возвращаться на поверхность, чтобы сделать вдох (киты,
дельфины и др.).
80
Экологическое значение пищевых ресурсов
Пищевые ресурсы — это сами организмы. Автотрофные
(фото- и хемосинтезирующие) организмы становятся
ресурсами для гетеротрофов, принимая участие в пищевой цепи, где
каждый предшествующий потребитель превращается в
пищевой ресурс для следующего потребителя.
Питательная ценность растений и животных различна.
Важнейшее отличие растительной пищи в том, что растительные
клетки окружены стенками, состоящими из целлюлозы,
лигнина и других веществ, представляющих собой волокна,
неусвояемые многими животными-консументами. Но наличие этих
стенок — основная причина высокого содержания углерода в
растениях — потенциального источника больших количеств
энергии. Эта энергия доступна лишь животным, обладающим
целлюлазами, способными расщеплять целлюлозу и лигнин:
некоторые бактерии, многие грибы, улитки и др.
Травоядным животным для того, чтобы переварить
растительную пищу, необходимо ее тщательно пережевывать
(жвачные животные), а птицы перетирают ее в своем мускулистом
желудке. Плотоядным же вообще жевать ничего не нужно,
так как в мясе жертвы все компоненты, необходимые им для
жизни, содержатся в готовом к усвоению виде, поэтому корм
можно и целиком заглотнуть.
В пищеварительном тракте травоядных животных, рубце,
поселяются микроорганизмы, обладающие способностью
разлагать целлюлозу, которые помогают им переварить
растительный корм. Кроме того, при разложении растений многие
микробы извлекают из них питательные вещества (азот и др.), а
уже микробную клетку животному легче усвоить. По этой же
причине животные-детритофаги поедают растительный детрит,
обильно заселенный микроорганизмами.
Различные ткани и органы растений отличаются по своей
питательной ценности. Поэтому мелкие фитофаги (насекомые
и Др.) специализируются на поедании мелких частей растения,
обычно это семена, вегетативные почки и листья.
В отличие от растений состав тела различных фитофагов
Достаточно однообразен и ничем не отличается от такового пло-
81
тоядных, т. е. мясо гусеницы, трески, земляных червей,
креветок и оленя по содержанию белков, углеводов, жиров, воды и
минеральных солей в одном грамме ничем не отличается.
Особой сложности в усвоении готовой пищи у плотоядных нет, но
их больше заботит, как добывать пищу.
Ограждение пищевых ресурсов
Потребителю (хищнику) необходимо отыскать, изловить,
умертвить и съесть добычу. Но это сделать нелегко, так как
пищевые ресурсы нередко ограждены от потребителя.
Любой организм стремится оградить себя от своего
потребителя. Эти «средства защиты» есть и у растений и у
животных. Они подразделяются на физические, химические,
морфологические и поведенческие. С другой стороны, эти средства
оказывают воздействие и на организмы-потребители —
наиболее приспособленные «пожиратели» выживают в большем
количестве, разрабатывая все более изощренные средства
нападения, а «пожираемые» разрабатывают все новые и новые
средства защиты. В результате возникает эволюционное давление
одного организма на другой и эволюция каждого частично
зависит от эволюции другого. Такие явления называют
сопряженной эволюцией, или коэволюцией.
Сопряженной эволюции между растениями не бывает, так
как они «питаются» одинаковыми атомами, не может ее быть и
между деструктурами и мертвой органикой, а вот от внешних
врагов у растений хорошо развита механическая защита —
колючки, шипы, скорлупа ореха и др.
Наиболее уязвимы семена, когда они находятся на
материнском растении, но если они рассыплются — сохранность
резко увеличивается. Этот способ сохранности семян широко
используется в дикой природе. Однако это противоречит
требованиям человека к сельхозкультурам, и человек путем
селекции отобрал те злаки, которые способны удерживать
семена, поэтому культурные злаки для семеноядных птиц просто
находка.
Кроме описанной выше физической организмы способны
создавать и химическую защиту в виде ядовитых веществ, ко-
82
горые предохраняют их от поедания. Они могут действовать
как токсиканты, или просто препятствовать пищеварению,
или только отпугивать животных, особенно — насекомых.
Химические средства в ряде случаев могут не только
защитить растение, а даже сделать его более привлекательным для
фитофагов. Многие насекомые-фитофаги специализируются на
растениях одного или нескольких видов — тех, чью
химическую защиту они преодолели. Это очень важный шаг в
коэволюции растений и фитофагов — возникновение устойчивости к
химическим средствам защиты растений. Такие*процессы
наблюдаются и при искусственной химической защите растений
от «вредных» насекомых, которая достаточно быстро теряет свою
эффективность (известна адаптированность их к ДДТ и т. п.).
Для животных наиболее характерны такие
морфологические виды защиты, которые базируются на различного рода
«обманах» {криптщизму мимикрия и т. п.). Достаточно
разнообразна у них поведенческая защита: прячутся в норы,
притворяются мертвыми, прячутся в раковины, панцири,
сворачиваются в клубок, угрожающе ведут себя и т. д. Но самая обычная
поведенческая реакция животного — это бегство от хищника,
которое приносит и наибольший успех жертве. Среди
животных распространена и механическая защита: иглы у ежа,
гребни и шипы у коловраток, дафний, раковина моллюска и др.
Прибегают они и к химической защите — «чернильное облако»
каракатицы, и др.
Пространство как ресурс
Растения и животные конкурируют в занимаемом ими
пространстве прежде всего за ресурсы, а не за некую площадь, где
они могут размножаться. Пространство может стать и
лимитирующим ресурсом, если при избытке пищи оно не сможет
вместить в свои геометрические размеры все организмы,
которые могли бы успешно жить в этом пространстве за счет
избытка его ресурсов. Например, скальная поверхность может
быть настолько плотно заселена мидиями, что другим
моллюскам, потенциально способным еще прокормиться на этой
площади, места уже не остается. Ряд животных стремится к «за-
83
хвату» определенной территории, где они смогут обеспечить
себя пищей, и таким образом она становится ресурсом.
Кроме того, потенциальными ресурсами для животных
являются гнездовые участки и убежища.
Таким образом, пищевой ресурс — «любой потребленный
компонент среды, который может быть «отнят» одним
организмом у другого» (Гиляров, 1990). Это способно вызвать
внутривидовую конкуренцию. Регулируются данные явления уже
на популяционном уровне и изучаются в популяционнои
экологии.
Контрольные вопросы
/. Что такое среда обитания и какие среды заселены
организмами? Понятие об экологических факторах.
2. Как называют совокупность факторов неорганической
среды? Дайте характеристику этих факторов.
3. Как называют совокупность влияний
жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других?
4. В чем заключаются внутривидовые и межвидовые
взаимоотношения? Адаптационные процессы, значение при
этом периодических и непериодических факторов.
5. Как называются генетические изменения в организме,
являющиеся источником адаптации?
6. Как называются экологические факторы,
ограничивающие развитие организма? Законы минимума Ю. Либиха
и толерантности В. Шелфорда. ,
7. В чем сущность совокупного и изолированного действия
экологических факторов? Закон В. Р. Вильямса.
8. Что понимается под диапазоном толерантности
организма?
9. Как влияет температура на жизнь растений и
животных? Общий закон биологической стойкости.
84
10. Какое значение имеет свет для жизни на Земле?
11. Как отражаются погодные условия на растениях и
животных? Биоклиматический закон Хопкинса.
12. Какие важнейшие экологические группы растений и
животных выделяют в зависимости от способов
адаптации их к влаге?
13. Какие вы знаете основные экологические факторы
водной среды? Дайте им характеристику.
14. В чем заключается влияние на организмы физических и
химических факторов воздушной среды?
15. Биологические макро- и микроэлементы как
экологические факторы.
16. Что понимают под эдафическими факторами?
Экологические факторы почв.
17. Что такое ресурсы живых существ, как они
классифицируются и в чем их экологическое значение?
ГЛАВА 3
популяции
«Популяция — любая способная к самовоспроизведению
совокупность особей одного вида, более или менее
изолированная в пространстве и времени от других аналогичных
совокупностей одного и того же вида» (Гиляров, 1990).
Популяция — именно та «ячейка» биоты, которая
является основой ее существования: в ней происходит
самовоспроизводство живого вещества, она обеспечивает выживание
вида благодаря наследственности адаптационных качеств, она
дает начало новым популяциям и процессам
видообразования, т. е. является элементарной единицей эволюционного
процесса, тогда как вид есть его качественный этап.
Известно, что важнейшими являются количественные
характеристики, которые позволяют решить большинство
проблем качественного характера. Выделяют две группы
количественных показателей — статические и динамические.
§ 1. Статические показатели популяций
Статические показатели характеризуют состояние
популяции на данный момент времени.
К статическим показателям популяций относятся их
численность, плотность и показатели структуры. Численность —
это поголовье животных или количество растений, например
деревьев, в пределах некоторой пространственной единицы —
ареала, бассейна реки, акватории моря, области, района и т. д.
Плотность — число особей, приходящихся на единицу
площади, например, плотность населения — количество человек,
приходящееся на один квадратный километр, или для гидро-
86
бионтов — это количество особей на единицу объема, на литр
или кубометр. Показатели структуры: половой —
соотношение полов,размерный — соотношение количества особей
разных размеров, возрастной — соотношение количества особей
различного возраста в популяции.
Численность тех или иных животных определяется
различными методами. Например, подсчетом с самолета или
вертолета при облетах территории. Численность гидробионтов
определяют путем отлавливания их сетями (рыбы), для
микроскопических (фитопланктон, зоопланктон) применяют
специальные мерные емкости.
Численность человеческой популяции определяется путем
переписи населения всего государства, его административных
подразделений и т. п. Знание численности и структуры
населения (этнической, профессиональной, возрастной, половой
и т. п.) имеет большое экономическое и экологическое
значение.
Плотность популяции определяется без учета
неравномерности распределения особей на площади или в объеме, т. е.
получаем среднюю плотность животных, деревьев,
людского населения на единицу площади или микроскопических
водорослей в единице объема.
Каждое животное соблюдает баланс энергии,
затрачиваемой на охрану территории, добывание пищи и получаемой от
съедания пищи. При сокращении количества корма животные
расширяют свою территорию (а человек, например,
«поднимает целину»). Такое поведение животных называют
территориальным поведением. Чем крупнее животное, тем
большая ему нужна площадь на добычу пищи, поэтому чем
больше размеры тела особи, тем меньше плотность популяции.
Территориальные границы могут быть весьма
подвижны. Достаточно надежно определяются границы у
немигрирующих животных (грызуны, моллюски), которые создают
так называемые локальные популяции. У подвижных
границы трудно определить, например у лося, а тем более у птиц,
которые легко мигрируют и расселяются на больших
территориях. Ограничивают возможность расселения как
биотические, так и абиотические факторы. Из биотических факто-
87
ров среды таковыми являются прежде всего пресс хищников
и конкурентов, нехватка пищевых ресурсов, а влияние
абиотических определяется толерантностью популяции к
факторам среды.
Пресс хищников особенно силен, когда в коэволюции
«хищник — жертва» равновесие смещается в сторону хищника и
ареал жертвы сужается. Конкурентная борьба тесно связана с
нехваткой пищевых ресурсов, она может быть и прямой
борьбой, например, хищников за пространство как ресурс, но
чаще всего это просто вытеснение вида, которому на данной
территории пищи не хватает, видом, которому этого же
количества пищи вполне достаточно. Это уже межвидовая
конкуренция.
Важнейшим условием существования популяции или ее
экотипа является их толерантность к факторам (условиям)
среды. Толерантность у разных особей и к разным частям
спектра разная, поэтому толерантность популяции
значительно шире, чем у отдельных особей (рис. 2.3). Но из этого
правила могут быть исключения, зависящие от того, какую
стадию жизненного цикла проходит особь: наибольшая
толерантность у покоящейся особи.
Итак, свойства популяции уже значительно отличаются
от свойств отдельных особей, что особенно наглядно
проявляется в динамике популяций.
§ 2. Динамические показатели популяций
Динамические показатели характеризуют процессы,
протекающие в популяции за какой-то промежуток (интервал)
времени. Основными динамическими показателями
(характеристиками) популяций являются рождаемость, смертность и
скорость роста популяций.
Рождаемость, или скорость рождаемости, — это число
особей, рождающихся в популяции за единицу времени. При
рассмотрении экосистем пользуются другим динамическим по-
88
казателем — продукцией — суммой прироста массы всех
особей (независимо от того, сколько они прожили) из множества
популяции биогенного сообщества за определенный
промежуток времени.
Смертность, или скорость смертности, — это число
особей, погибших в популяции в единицу времени. Но убыль
или прибыль организмов в популяции зависит не только от
рождаемости и смертности, но и от скорости их иммиграции
и эмиграции, т. е. от количества особей, прибывших и
убывших в популяции в единицу времени. Увеличение
численности, прибыль зависит от количества отрожденных
(рожденных за какой-то период времени) и иммигрировавших
особей, а уменьшение, убыль численности — от гибели
(смертности в широком смысле) и эмиграции особей.
Явления иммиграции и эмиграции на численность
влияют несущественно, поэтому ими при расчетах можно
пренебречь. Рождаемость, или скорость рождаемости, выражают
отношением:
AN /At,
где ANn — число особей (яиц, семян и т. п.), родившихся
(отложенных, продуцированных и т. д.) за некоторый
промежуток времени At. Но для сравнения рождаемости в
различных популяциях пользуются величиной удельной
рождаемости: отношением скорости рождаемости к исходной
численности (N):
AN /NAt.
n
За бесконечно малый промежуток времени (At —> 0) мы
получим мгновенную удельную рождаемость, которую
обозначают латинской буквой «Ь». Эта величина имеет
размерность «единица времени "*» и зависит от интенсивности
размножения особей: для бактерий — час, для фитопланктона —
сУтки, для насекомых — неделя или месяц, для крупных
млекопитающих — год.
Смертность — величина, обратная рождаемости, но
измеряется в тех же величинах и вычисляется по аналогичной фор-
89
муле. Если принять, что ANm — число погибших особей
(независимо от причины) за время At, то удельная смертность:
AN /NAt,
а при At —> 0 имеем мгновенную удельную смертность,
которую обозначают буквой «d».
Величины рождаемости и смертности по определению
могут иметь только положительное значение либо равное нулю.
Скорость изменения численности популяции, т. е. ее
чистое увеличение и уменьшение, можно представить и как
изменение AN за At, а при At —> 0 можно ее определить как
мгновенную скорость изменения численности, которая может
быть рассчитана как
г = b - d.
Анализ уравнения показывает, что если b = d, то г = 0, и
популяция находится в стационарном состоянии; если же b * d,
то г может быть величиной положительной (b > d) и мы
имеем численный рост популяции, или отрицательной (b < d),
что говорит о снижении численности на данном отрезке
времени. Эта формула важна как раз для определения
смертности, которую трудно измерить непосредственно, а определить
г достаточно просто непосредственными наблюдениями,
тогда d = b - г.
§ 3. Продолжительность жизни
Продолжительность жизни вида зависит от условий
(факторов) жизни. Различают физиологическую и максимальную
продолжительность жизни.
Физиологическая продолжительность жизни — это такая
продолжительность жизни, которая определяется только
физиологическими возможностями организма. Теоретически она
90
возможна, если допустить, что в период всей жизни организма
на него не оказывают влияние лимитирующие факторы.
Максимальная продолжительность жизни — это такая
продолжительность жизни, до которой может дожить лишь
малая доля особей в реальных условиях среды. Эта величина
варьирует в широких пределах: от нескольких минут у
бактерий до нескольких тысячелетий у древесных растений (секвойя),
т. е. от 103 до 1011 секунд. Обычно, чем крупнее растение или
животное, тем больше их продолжительность жизни, хотя
бывают и исключения (летучие мыши доживают до 30 лет, это
дольше, например, жизни медведя).
Смертность и рождаемость у организмов весьма
существенно изменяется с возрастом. Только увязав смертность и
рождаемость с возрастной структурой популяции, удается
вскрыть механизмы общей смертности и определить
структуру продолжительности жизни. Такую информацию можно
получить с помощью таблиц выживания.
Таблицы выживания, или еще их называют
«демографическими таблицами», содержат сведения о характере
распределения смертности по возрастам. Демография изучает
размещение, численность, состав и динамику народонаселения, а эти
таблицы она использует для определения ожидаемой
продолжительности жизни человека. Таблицы выживания бывают
динамические и статические.
Динамические таблицы строятся по данным прямых
наблюдений за жизнью когорты, т. е. большой группы особей,
отрожденных в популяции за короткий промежуток времени
относительно общей продолжительности жизни изучаемых
организмов, и регистрации возраста наступления смерти всех
членов данной когорты. Такие таблицы требуют длительного
наблюдения, измеряемого (для разных животных) месяцами или
годами. Но практически невозможно такую таблицу сделать
Для долго живущих животных или для человека — для этого
может потребоваться более 100 лет. Поэтому используют
другие таблицы — статические.
Статические таблицы выживания составляются по данным
наблюдений за относительно короткий промежуток времени за
смертностью в отдельных возрастных группах. Зная числен-
91
Таблица 3.\
Статическая демографическая таблица женского населения
Канады на 1980 г. ( по Krebs, 1985 )
Возрастная
группа
0-1
1-4
5-9
10-14
15-19
20-24
25-29
30-34
35-39
40-44
45-49
50-54
55-59
60-64
65-69
70-74
75-79
80-84
| 85 и больше
Количество
человек в каждой
возрастной группе
173 400
685 900
876 600
980 300
1 164 100
1 136 100
1029 300
933 000
739 200
627 000
622 400
615 100
596 000
481200
413 400
325 600
235 100
149 300
199 200
Число умерших в
каждой
возрастной группе
1651
340
218
234
568
619
578
662
818
1039
1664
2 574
3 878
4 853
6 803
8 421
10 029
10 824
18 085
Смертность в ]
расчете на 1000
человек |
9,52 J
0,50 J
0,25 J
0,24 J
0,49 J
0,54 1
0,56 1
0,71
1,11
1,66
2,67
4,18
6,51
10,09
16,07 |
25,86 !
42,66 !
72,50
151,70
ность этих групп (сосуществующих когорт), можно рассчитать
смертность, специфическую для каждого возраста (табл. 3.1,
Гиляров, 1990).
Такие таблицы представляют собой как бы временной срез
через популяцию. Если в популяции не происходит
существенных изменений в смертности и рождаемости, то статические и
динамические таблицы совпадают.
Данные таблиц выживания позволяют построить кривые
выживания, или кривые (второе название) дожития, так как
отражается зависимость количества доживших до
определенного возраста особей от продолжительности этого интервала с
самого момента отрождения организмов.
92
Выделяют три типа основных кривых выживания (рис. 3.1),
которым в той или иной мере приближаются все известные
кривые.
Рис. 3.1. Различные типы кривых выживания (Deevey, 1950)
Кривая 1типа, когда на протяжении всей жизни смертность
ничтожно мала, резко возрастая в конце ее, характерна для
насекомых, которые обычно гибнут после кладки яиц (ее и
называют «кривой дрозофилы»), к ней приближаются кривые
выживания человека в развитых странах, а также некоторых
крупных млекопитающих.
Кривая III типа — это случаи массовой гибели особей в
начальный период жизни. Гидробионты и некоторые другие
организмы, не заботящиеся о потомстве, выживают за счет
огромного числа личинок, икринок, семян и т. п.
Моллюски, прежде чем закрепиться на дне, проходят
личиночную стадию в планктоне, где личинки гибнут в огромных
количествах, поэтому кривую III называют еще «кривой
устрицы».
Кривая II типа (диагональная) характерна для видов, у ко-
0Рых смертность остается примерно постоянной в течение всей
Изни- Такое распределение смертности не столь уж редкое
93
явление среди организмов. Встречается оно среди рыб, пресмьь
кающихся, птиц, многолетних травянистых растений.
Реальные кривые выживания часто представляют собой
некоторую комбинацию указанных выше «основных типов».
Например, у крупных млекопитающих, да и у людей, живущих в
отсталых странах, кривая I вначале круто падает за счет
повышенной смертности сразу после рождения.
§ 4. Динамика роста численности
популяции
Еще в XVII в. было установлено, что численность
популяций растет по закону геометрической прогрессии, а уже в
конце XVIII в. Томас Мальтус (1766—1834) выдвинул свою
известную теорию о росте народонаселения в геометрической
прогрессии. Эта закономерность роста выражается кривой,
изображенной на рис. 3.2.
Рис. 3.2. Экспоненциальный рост гипотетической популяции
одноклеточного организма, делящегося каждые 4 часа:
а — арифметическая шкала; б — логарифмическая шкала
94
На современном математическом языке эта кривая
отражает экспоненциальный рост численности организмов и
описывается уравнением:
N = N еп,
где: N — численность популяции в момент времени t;
N — численность популяции в начальный момент
времени t0;
е — основание натурального логарифма (2,7182);
г — показатель, характеризующий темп размножения
особей в данной популяции.
Экспоненциальный рост возможен только тогда, когда г
имеет постоянное численное значение, так как скорость роста
популяции пропорциональна самой численности:
AN/At = rN, a r — const.
Если численность отложить в логарифмическом
масштабе, то кривая приобретает вид прямой линии (рис. 3.2 б).
Таким образом, экспоненциальный рост численности
популяции — это рост численности ее особей в неизменяющихся
условиях.
Условия, сохраняющиеся длительное время постоянными,
невозможны в природе. Если бы это было не так, то,
например, обычные бактерии могли бы дать такую массу
органического вещества, которая могла бы покрыть весь земной шар
слоем толщиной в 2 метра за 2 часа.
Однако такого в природе не происходит, так как существу-
ет множество ограничивающих факторов. Но есть примеры,
когда при замедлении роста, т. е. при снижении г,
экспоненциальный рост сохраняется, может он возникать и на коротких
отрезках жизни популяций.
Чтобы иметь полную картину динамики численности по-
пУляции, а также рассчитать скорость ее роста, необходимо
знать величину так называемой чистой скорости
воспроизводства (Ro)? которая показывает, во сколько раз увеличивается
численность популяции за одно поколение, за время его
жизни Т.
95
R = N /N ,
о то'
где Nt — численность нового поколения;
No — численность особей предшествующего поколения;
Ro — чистая скорость воспроизводства, показывающая
также, сколько вновь родившихся особей приходится на одну особь
поколения родителей. Если Ro = 1, то популяция
стационарная, численность ее сохраняется постоянной.
Скорость роста популяции обратно пропорциональна
длительности жизни поколения
г = lnRo/T,
отсюда ясно, что чем раньше происходит размножение
организмов, тем больше скорость роста популяции. Это в равной
степени относится и к популяции человека, отсюда важность
значения этой закономерности в демографической политике
любого государства.,
Воздействие экологических факторов на скорость роста
популяции может довести численность популяции до стабильной
(г=0), либо ее уменьшить, т. е. экспоненциальный рост
замедляется или останавливается полностью и J-образная кривая
экспоненциального роста как бы останавливается и выполажива-
ется, превращаясь в так называемую S-образную кривую
(рис. 3.3).
В природе так и происходит: экспоненциальный рост
наблюдается какое-то достаточно короткое время, после чего ог-
Рис. 3.3. Логистическая модель роста популяции : а — кривая роста
численности (N); б — зависимость удельной скорости роста (г) от
численности (N); в — зависимость рождаемости <Ь) и смертности (d)
от численности; К — предельная численность
96
оаничивающие факторы его стабилизируют и дальнейшее раз-
витие популяции идет по логистической модели, что и
описывается S-образной, или логистической кривой роста
популяции.
В основе логистической модели (рис. 3.3) лежит простое
допущение, что скорость роста популяции (гд) линейно
снижается по мере роста численности вплоть до нуля при некой
численности К. Итак, при начальной численности No (близкой к
нулю) скорость роста имеет максимальное значение rmax, а при
N = К га = 0. В результате решения уравнения логистической
кривой получаем зависимость:
Nt= K/(l+ea"wt),
где Nt — численность популяции в момент времени t;
е — основание натурального логарифма;
а — постоянная итерирования.
Величину К называют еще емкостью среды в отношении
особей данной популяции. Здесь речь идет о биологической
емкости среды — степени способности природного или при-
родно-антропогенного окружения обеспечивать нормальную
жизнедеятельность (дыхание, питание, размножение, отдых и
т. п.) определенному числу организмов и их сообществ без
заметного нарушения самого окружения (Реймерс, 1990).
Однако плато на S-образной кривой далеко не всегда бывает
гладким, потому что колебания численности происходят
постоянно, что отражается в виде колебаний кривой вокруг
асимптоты К (рис. 3.4), эти колебания называются флуктуациями
численности, которые могут быть сезонными^ годовыми. Первые
обусловлены абиотическими факторами, вторые, плюс к этому,
еЩе и внутренними, биотическими. Колебания, вызванные
биотическими факторами, называютосцилляциями (рис. 3.5). Они
отличаются высокой регуляцией и их даже называют циклами.
Многие факторы, природные и антропогенные, вызывающие
флуктуации, в значительной мере можно учесть, введя в фор-
мУлу поправочные коэффициенты. Такие формулы позволяют
пРогнозировать реальный рост популяции животных и подоб-
НЬ1е процессы в демографии людского населения.
В настоящее время уже достаточно примеров, подтверждаю-
97
Рис. 3.4. Преобразование J-образной кривой роста численности
популяции в S-образную кривую при ограничивающем воздействии
лимитирующих факторов (по Т. Миллеру, 1993)
Рис. 3.5. Изменение численности рыси и зайца — классический
пример циклических колебаний популяции
98
ших логистическую модель как на чисто природных объектах,
так и на природно-антропогенных. Например, А. М. Гиляров
(1990) приводит сведения о размножении северных оленей, ин-
тродуцированных (вселенных в местообитания, где они
раньше не проживали) на острове Берингова моря. С небольших
когорт, состоящих из нескольких десятков особей, в течение
ряда лет рост численности по экспоненциальному закону
приводил к возникновению популяции оленей, состоящей из
нескольких тысяч голов. Затем наблюдалось резкое падение
численности тоже до нескольких десятков голов за короткое
время — 1—3 года. Причина — полное уничтожение пищевых
ресурсов, которыми обладали эти острова.
§ 5. Экологические стратегии выживания
Экологическая стратегия выживания — стремление
организмов к выживанию. Экологических стратегий выживания
множество. Например, еще в 30-х гг. А. Г. Роменский (1938)
среди растений различал три основные типа стратегий
выживания, направленных на повышение вероятности выжить и
оставить после себя потомство: виоленты, патиенты и экспле-
ренты.
Виоленты (силовики) — подавляют всех конкурентов,
например, деревья, образующие коренные леса.
Патиенты — виды, способные выжить в неблагоприятных
условиях («тенелюбивые», «солелюбивые» и т. п.)
Эксплеренты (наполняющие) — виды, способные быстро
появляться там, где нарушены коренные сообщества, — на вы-
РУбках и гарях (осины), на отмелях и т. д.
Все многообразие экологических стратегий заключено
между двумя типами эволюционного отбора, которые
обозначаются константами логистического уравнения: г-стратегия и К-
стратегия. Тип г-стратегия, или r-отбор, определяется
отбором, направленным прежде всего на повышение скорости
роста популяции и, следовательно, таких качеств, как
высокая плодовитость, ранняя половозрел ость, короткий жизнен-
99
ный цикл, способность быстро распространяться на новые
местообитания и пережить неблагоприятное время в покоящей- «
ся стадии. К-стратегия (или К-отбор) направлена на
повышение выживаемости в условиях уже стабилизировавшейся
численности. Это отбор на конкурентоспособность,
повышение защищенности от хищников и паразитов, повышение
вероятности выживаемости каждого потомка, на развитие
более совершенных внутривидовых механизмов численности
(Гиляров, 1990).
Очевидно, что каждый организм испытывает на себе
комбинацию г- и К-отбора, но r-отбор преобладает на ранней
стадии развития популяции, а К-отбор уже характерен для
стабилизированных систем. Но все-таки оставляемые отбором
особи должны обладать достаточно высокой плодовитостью и
достаточно развитой способностью выжить при наличии
конкуренции и «пресса» хищников. Конкуренция г- и К-отбора
позволяет выделять разные типы стратегий и ранжировать виды
по величинам г и К в любой группе организмов.
§ 6. Регуляция плотности популяции
Логистическая модель роста популяции предполагает
наличие некой равновесной (асимптотической) численности и
плотности. В этом случае рождаемость и смертность должны
быть равны, т. е. если b*d, то должны действовать факторы,
изменяющие либо рождаемость, либо смертность.
Факторы, регулирующие плотность популяции, делятся на
зависимые и независимые от плотности. Зависимые
изменяются с изменением плотности, а независимые остаются
постоянными при ее изменении. Практически, первые — это
биотические, а вторые — абиотические факторы.
Влияние независимых от плотности факторов хорошо
прослеживается на сезонных колебаниях численности
планктонных водорослей. Например, в системе Манычских
водохранилищ (Северное Предкавказье) диатомовые водоросли дают два
«пика» численности — весной (конец апреля) и осенью (конец
100
сентября), а в остальное время действуют (точнее,
преобладают) зависимые от плотности факторы — конкурентная борьба
на выживание с бурно развивающимися летом зелеными и
сине-зелеными водорослями.
Непосредственно от плотности может зависеть и смертность
в популяции. Такое явление происходит с семенами растений,
когда зависимая от плотности (т.е. регулирующая) смертность
происходит на стадии проростков. Смертность, зависимая от
плотности, может регулировать численность и
высокоразвитых организмов: довольно часто гибнут птенцы птиц, если их
слишком много, а ресурсов не хватает.
Помимо выше описанной регуляции существует еще само-
регуляция, при которой на численности популяции
сказывается изменение качества особей. Различают саморегуляцию фе-
нотипическую и генотипическую.
Фенотипы — совокупность всех признаков и свойств
организма, сформировавшихся в процессе онтогенеза на основе
данного генотипа. Дело в том, что при большой скученности
(плотности) образуются разные фенотипы за счет того, что в
организмах происходят физиологические изменения в
результате так называемой стресс-реакции (дистресс), вызываемой
неестественно большим скоплением особей. Например, у
самок грызунов происходит воспаление надпочечников, что
ведет к сокращению рождаемости. Кроме того, нехватка пищи
заставляет особей эмигрировать на новые участки, что
приводит к большой их гибели в пути и на новых участках, в новых
условиях, т. е. повышается смертность и сокращается
численность.
Генотипические причины саморегуляции плотности
популяций связаны с наличием в ней по крайней мере двух разных
генотипов, возникших в результате рекомбинации генов.
При этом возникают особи, способные размножаться с
более раннего возраста и более часто, и особи с поздней полово-
зрелостью и значительно меньшей плодовитостью. Первый
генотип менее устойчив к стрессу при высокой плотности и
доминирует в период подъема пика численности, а второй —
более устойчив к высокой скученности и доминирует в период
Депрессии.
101
Примером, подтверждающим воздействие генотипических
изменений, являются известные с незапамятных времен
насекомые — саранча. У саранчевых имеются две
разнокачественные группы — одиночная и стадная формы, которые
морфологически существенно отличаются. В благоприятные по
влажности годы преобладают особи одиночной формы и популяция
находится в равновесии. В результате же нескольких подряд
засушливых лет создаются условия для развития особей
стадной фазы.
У стадной формы вылупившиеся из яиц молодые особи
(нимфы) быстро двигаются, лучше обеспечены водой и
запасами питательных веществ и, хотя у них плодовитость
меньше, за счет лучшей выживаемости, более быстрого развития
и ярко выраженной способности собираться в группы,
процесс размножения идет очень быстро и с нарастающей
скоростью.
Образовавшиеся огромные стаи переносятся ветром на
огромные расстояния. Так, мигрирующие очень быстро стаи
красной саранчи в Центральной Африке могут занимать
площадь, в 1500 раз превышающую области обитания одиночной
фазы. Если во время миграции будет найдено место,
благоприятное по условиям для размножения, размер стаи может
увеличиться до невероятных значений. Стая красной
саранчи, совершившая налет в Сомали в 1957 г., состояла из 1,6-10ю
особей, и масса ее достигала 50 тыс. т. Если учесть, что за
день одна саранча съедает столько, сколько весит сама, то
нетрудно представить колоссальные масштабы бедствия.
Именно такие нашествия насекомых рассматривались как одно
из стихийных бедствий на Международном экологическом
конгрессе в Иокогаме (1994).
Циклические колебания можно также объяснить
саморегуляцией. Климатические ритмы и связанные с ними
изменения в пищевых ресурсах заставляют популяцию
вырабатывать какие-то механизмы внутренней регуляции.
Так, у мышевидных грызунов Евразии и Северной
Америки один период колебаний, состоящий из стадии подъема
численности, пика, спада и депрессии, длится три-четыре
года, иногда пять-шесть лет, а у зайцев — около десяти лет.
102
Одной из известных гипотез такой цикличности является так
называемая трофическая (пищевая), утверждающая, что эти
циклы зависят не столько от количества пищи, сколько от ее
качества (см. рис. 3.5).
Таким образом, саморегуляция обеспечивается
механизмами торможения роста численности. Таких гипотетических
механизмов три: 1) при возрастании плотности и
повышенной частоте контактов между особями возникает стрессовое
состояние, уменьшающее рождаемость и повышающее
смертность; 2) при возрастании плотности усиливается миграция в
новые местообитания, краевые зоны, где условия менее
благоприятны и повышается смертность; 3) при возрастании
плотности происходят изменения генетического состава
популяции — замена быстро размножающихся на медленно
размножающихся особей. Это свидетельствует о важнейшей роли
популяции как в генетико-эволюционном смысле, так и в чисто
экологическом, как элементарной единицы эволюционного
процесса, и об исключительной важности событий,
протекающих на этом уровне биологической организации, для
понимания как существующих опасностей, так и «возможностей
управления процессами, определяющими само существование
видов в биосфере» (Яблоков, Остроумов, 1983).
Контрольные вопросы
/. Каково место популяций в биоте Земли?
2. Что отражают статические показатели популяции?
3. Почему толерантность популяции к факторам среды
значительно шире, чем у особи, и каково экологическое
значение этого явления?
4. Что отражают динамические показатели популяции?
£ Что понимается под продолжительностью жизни вида?
«Демографические таблицы» и кривые выживания.
• Коковы экологические причины, вызывающие рост
численности популяции по экспоненте и по логистической
кривой?
103
7. В чем суть экологической стратегии выживания?
8. Как классифицируются экологические факторы,
регулирующие плотность популяции?
9. Какие экологические причины вызывают
саморегуляцию плотности популяции?
10. В чем причины таких стихийных экологических бед-
ствий, как «нашествие» саранчи?
ГЛАВА 4
БИОТИЧЕСКИЕ
СООБЩЕСТВА
Когда речь идет об экосистемах, под биотическим
сообществом понимается биоценоз, поскольку сообщество
представляет собой население биотопа — места жизни
биоценоза.
Биоценоз — это надорганизменная система, состоящая
из трех компонентов: растительности, животных и
микроорганизмов. В такой системе отдельные виды, популяции
и группы видов могут заменяться соответственно другими
без особого ущерба для содружества, а сама система
существует за счет уравновешивания сил антагонизма между
видами. Стабильность сообщества определяется
количественной регуляцией численности одних видов другими, а его
размеры зависят от внешних причин — от величины
территории с однородными абиотическими свойствами, т. е.
биотопа. Функционируя в непрерывном единстве, биоценоз и
биотоп образуют биогеоценоз, или экосистему. Границы
биоценоза совпадают с границами биотопа и,
следовательно, с границами экосистемы. Биотическое сообщество
(биоценоз) — это более высокий уровень организации, чем
популяция, которая является его составной частью. Биоценоз
обладает сложной внутренней структурой. Выделяют видо-
вУю и пространственную структуры биоценозов.
105
§ 1. Видовая структура биоценоза
Для существования сообщества важна не только величина
численности организмов, еще важнее видовое разнообразие,
которое является основой биологического разнообразия в живой
природе. Согласно Конвенции о биологическом разнообразии
Конференции ООН по окружающей среде и развитию (Рио-де-
Жанейро, 1992), под биоразнообразием понимается
разнообразие в рамках вида, между видами и разнообразие
экосистем.
Разнообразие в рамках вида является основой
стабильности в развитии популяций, разнообразие между видами и,
следовательно, популяциями — основа существования биоценоза
как основной части экосистемы.
Видовая структура биоценоза характеризуется видовым
разнообразием и количественным соотношением видов,
зависящих от ряда факторов. Главными лимитирующими
факторами являются температура, влажность и недостаток
пищевых ресурсов. Поэтому биоценозы (сообщества) экосистем
высоких широт, пустынь и высокогорий наиболее бедны
видами. Здесь могут выжить организмы, жизненные формы
которых приспособлены к таким условиям. Богатые видами
биоценозы — тропические леса, с разнообразным животным
миром и где трудно найти даже два рядом стоящих дерева
одного вида.
Обычно бедными видами природные биоценозы
считаются, если они содержат десятки и сотни видов растений и
животных, богатые — это несколько тысяч или десятки тысяч
видов. Богатство видового состава биоценозов определяется либо
относительным, либо абсолютным числом видов и зависит от
возраста сообщества: молодые, только начинающие
развиваться — бедны видами по сравнению со зрелыми или климаксны-
ми сообществами.
Видовое разнообразие — это число видов в данном
сообществе или регионе, т. е. имеет более конкретное содержание
и является одной из важнейших как качественных, так и
количественных характеристик устойчивости экосистемы. Оно взаи-
106
мосвязано с разнообразием условий среды обитания. Чем
больше организмов найдут в данном биотопе подходящие для себя
условия по экологическим требованиям, тем больше видов в
нем поселится.
Видовое разнообразие в данном местообитании называют
^-разнообразием, а сумму всех видов, обитающих во всех
местообитаниях в пределах данного региона, — ^-разнообразием:
Показателями для количественной оценки видового
разнообразия, индексами разнообразия обычно служит соотношение
между числом видов, значениями их численности, биомассы,
продуктивности и т. п., или отношение числа видов к единице
площади.
Важным показателем является количественное
соотношение числа видов между собой. Одно дело, когда среди ста
особей содержится пять видов в соотношении 96:1:1:1:1, и другое,
если они соотносятся как 20:20:20:20:20. Последнее
соотношение явно предпочтительнее, так как первая группировка
значительно однообразнее.
Наиболее благоприятные условия для существования
множества видов характерны для переходных зон между
сообществами, которые называют экотонами, а тенденцию к
увеличению здесь видового разнообразия называют краевым
эффектом.
Экотон богат видами прежде всего потому, что они
попадают сюда из всех приграничных сообществ, но, кроме того,
он может содержать и свои характерные виды, которых нет в
таких сообществах. Ярким примером этого является лесная
«опушка», на которой пышнее и богаче растительность,
гнездится значительно больше птиц, больше насекомых и т. п.,
чем в глубине леса.
Виды, которые преобладают по численности, называют
доминантными, или просто —- доминантами данного
сообщества. Но и среди них есть такие, без которых другие виды
существовать не могут. Их называют эдификаторами (лат. —
строители). Они определяют микросреду (микроклимат) всего
сообщества и их удаление грозит полным разрушением
биоценоза. Как правило, эдификаторами выступают растения —
107
ель, сосна, кедр, ковыль и лишь изредка — животные {tyfa
ки).
«Второстепенные» виды — малочисленные и даже ред,
кие — тоже очень важны в сообществе. Их преобладание — это
гарантия устойчивого развития сообществ. В наиболее богатых
биоценозах практически все виды малочисленны, но чем
беднее видовой состав, тем больше видов доминантов. При
определенных условиях могут быть «вспышки» численности
отдельных доминантов.
Для оценки разнообразия используют и другие
показатели, которые значительно дополняют вышеуказанные. Обилие
вида — число особей данного вида на единицу площади или
объема занимаемого ими пространства. Степень
доминирования — отношение (обычно в процентах) числа особей
данного вида к общему числу всех особей рассматриваемой
группировки.
Однако оценка биоразнообразия биоценоза в целом по
численности видов будет неправильной, если мы не учтем
размеры организмов. Ведь в биоценоз входят и бактерии, и
макроорганизмы. Поэтому необходимо организмы
объединять в группировки, близкие по размерам. Здесь можно
подходить и с точки зрения систематики (птицы, насекомые,
сложноцветные и т. п.), экологоморфологической (деревья,
травы, мхи и т. п.), либо вообще по размерам (микрофауна,
мезофауна и макрофауна почв или и лов и т. п.). Кроме того,
следует иметь в виду, что внутри биоценоза существуют еще
и особые структурные объединения — консорции. Консор-
ция — группа разнородных организмов, поселяющихся на
теле или в теле особи какого-либо определенного вида —
центрального члена консорции, способного создавать вокруг
себя определенную микросреду. Другие члены консорции
могут создавать более мелкие консорции и т. д., т. е. можно
выделить консорции первого, второго, третьего и т. д.
порядка. Отсюда ясно, что биоценоз — это система связанных
между собой консорции.
Чаще всего центральными членами консорции являются
108
ения. Возникают консорции на основе тесных разноплано-
взаимоотношений между видами (рис. 4.1).
Рис. 4.1. Схема консорции дерева (липа):
* — микориза на корнях липы; 2 — личинка хруща — потребителя
корней; 3 — жук-короед; 4 — гусеница шелкопряда, питающаяся
листвой дерева; 5 — жук-листоед; б — пчела — опылитель цветков;
~- гнездо дрозда, свитое на ветви липы; 8 — олени — потребители
Сточного к°рма; 9 — лесная мышь — потребитель семян липы
(по П. Дювиньо и М. Тангу, 1968, с изменениями
Г.А. Воронова, 1987)
109
§ 2. Пространственная структура
биоценоза
Виды в биоценозе образуют и определенную
пространственную структуру, особенно в его растительной части —
фитоценозе. Прежде всего четко определяется вертикальное
ярусное строение в лесах умеренного и тропического поясов.
Например, в широколиственных лесах можно выделить 5—6
ярусов: первый — деревья первой величины (дуб, липа, вяз);
второй — деревья второй величины (рябина, яблоня, груша,
черемуха и др.); третий — подлесок кустарниковый (крушина,
жимолость, бересклет и др.); четвертый состоит из высоких трав,
а пятый и шестой, соответственно, из более низких трав (рис.
4.2). Ярусность позволяет растениям более полно использовать
световой поток — в верхних ярусах светолюбивые, в нижних —
теневыносливые и, в самом низу, улавливают остаток света
тенелюбивые растения. Ярусность выражена и в травянистых
сообществах, но не столь явно, как в лесах.
В вертикальном направлении, под воздействием
растительности, изменяется микросреда, включая не только выравнен-
ность и повышение температуры, но и изменение газового со-
Рис. 4.2. Яруса лесного биогеоценоза (по И. Н. Пономаревой, 1978)
ПО
става за счет изменения направления потоков углекислого газа
ночью и днем, выделения сернистых газов хемосинтезирую-
шими бактериями и т. п. Изменения микросреды
способствуют образованию и определенной ярусности фауны — от
насекомых, птиц и до млекопитающих (см. рис. 4.2).
Помимо ярусности в пространственной структуре
биоценоза наблюдается мозаичность — изменение растительности и
животного мира по горизонтали. Площадная мозаичность
зависит от разнообразия видов, количественного их
взаимоотношения, от изменчивости ландшафтных и почвенных условий.
Мозаичность может возникнуть и искусственно — в
результате вырубки лесов человеком. На вырубках формируется новое
сообщество.
Видовая структура биоценозов, пространственное
распределение видов в пределах биотопа, во многом определяется
взаимоотношениями между видами, между популяциями.
§ 3. Экологическая ниша.
Взаимоотношения организмов
в биоценозе
Экологическая ниша — место вида в природе,
преимущественно в биоценозе, включающее как положение его в
пространстве, так и функциональную его роль в сообществе,
отношение к абиотическим условиям существования (Хрусталев,
Матишов, 1996). Важно подчеркнуть, что эта ниша не просто
физическое пространство, занимаемое организмом, но и его
место в собществе, определяемое его экологическими
функциями. Ю. Одум (1975) образно представил экологическую
нишу как занятие, «профессию» организма в той системе видов, к
которой он принадлежит, а его местообитание — это «адрес»
вида.
Знание экологической ниши позволяет ответить на
вопросы, как, где и чем питается вид, чьей добычей он является,
каким образом и где он отдыхает и размножается (Дажо, 1975).
Модель экологической ниши, предложенная Г. Е. Хатчин-
111
соном, довольно проста: достаточно на ортогональных
проекциях отложить значения интенсивности различных факторов,
а из точек пределов толерантности восстановить
перпендикуляры, то ограниченное ими пространство и будет
соответствовать экологической нише данного вида (рис. 4.3).
Экологическая ниша — это область комбинаций таких значений
факторов среды, в пределах которой данный вид может
существовать неограниченно долго.
Рис. 4.3. Модель экологической ниши (по Г. Е. Хатчинсону).
По осям — отдельные факторы
Например, для существования наземного растения
достаточно определенного сочетания температуры и влажности, и
в этом случае можно говорить о двумерной нише. Для
морского животного уже необходимо кроме температуры еще как
минимум два фактора — соленость и концентрация
кислорода — тогда уже следует говорить о трехмерной нише (рис. 4.3),
и т. д. На самом деле этих факторов множество и ниша
многомерна.
Экологическую нишу, определяемую только
физиологическими особенностями организмов, называют фундаментальной,
а ту, в пределах которой вид реально встречается в природе, —
реализованной.
Реализованная ниша — это та часть фундаментальной
ниши, которую данный вид, популяция в состоянии «отстоять» в
конкурентной борьбе. Конкуренция, по Ю. Одуму (1975,
1986), — отрицательные взаимодействия двух организмов, стре-
112
мяшихся к одному и тому же (табл. 4.1). Межвидовая
конкуренция — это любое взаимодействие между популяциями,
которое вредно сказывается на их росте и выживании.
Конкуренция проявляется в виде борьбы видов за экологические ниши.
Классификация биотических взаимодействий популяций
двух видов приведена в табл. 4.1.
Таблица 4.1
Классификация биотических взаимодействий популяций двух
видов ( по Ю. Одуму, 1986 )
Г" Тип
взаимодействия
[l. Нейтрализм
|2. Конкуренция,
непосредственное
взаимодействие
|3. Конкуренция,
взаимодействие
из-за ресурсов
4. Аменсализм
5. Паразитизм
6. Хищничество
|7. Комменсализм
8- Протокооперация
у. Мутуализм
Виды
1
0
-
-
+
+
+
+
+
2
0
-
-
0
-
0
+
+
Общий характер
взаимодействия
Ни одна популяция не влияет
на другую
Прямое взаимное подавление
обоих видов
Непрямое подавление при
дефиците внешнего ресурса
Популяция 2 подавляет 1
популяцию 1, но сама не
испытывает отрицательного
воздействия
Популяция-паразит 1 состоит 1
из меньших по величине
особей, чем популяция 2
Особи хищника 1 обычно 1
крупнее, чем особи жертвы 2
Популяция 1, комменсал, 1
получает пользу от
объединения; популяции 2
это объединение безразлично
Взаимодействие 1
благоприятно для обоих
видов, но не обязательно 1
Взаимодействие 1
благоприятно для обоих
видов и обязательно |
из
В таблице 4.1 «О» означает, что популяция не
испытывает никакого влияния при взаимодействии видов; «+» — что
она получает пользу от взаимодействия видов; «-» — что она
испытывает отрицательное влияние такого взаимодействия.
Не существует двух различных видов, занимающих
одинаковые экологические ниши, но есть близкородственные виды,
часто настолько сходные, что им требуется, по существу, одна
и та же ниша. В этом случае, когда ниши частично
перекрываются, возникает особо жесткая конкуренция, но в конечном
итоге нишу занимает один вид. Явление Экологического
разобщения близкородственных (или сходных по иным признакам)
видов получило название принципа конкурентного исключения,
или принципа Гаузе, в честь ученого, доказавшего его
существование экспериментально в 1934 г. (рис. 4.4).
20 0 4
Время, сут
Рис. 4.4. Динамика популяций инфузорий Paramecium aurelia (1) и
Paramecium caudatum (2), культивируемых при регулярном
добавлении в среду одного и того же количества пищи : а — изолированные
популяции каждого вида; б — совместно культивируемые
популяции (по Г. Ф. Гаузе, 1934)
Г.Ф. Гаузе экспериментально исследовал конкуренцию двух
видов инфузорий: Paramecium candatum и Paramecium aurelia.
Их культивировали раздельно и вместе, используя строго
дозированную бактериальную пищу. При раздельном
культивировании их численность росла по обычной S-образной кривой,
при совместном — побеждали в конкурентной борьбе P. aurelia
(рис. 4.4). Поражение P. candatum объясняется тем, что она
плохо переносила накопление в среде продуктов метаболизма
бактерий и размножалась медленнее. Но при смене пищи, напри-
114
мер при замене ее на дрожжи, побеждала уже P. садЗашт, так
как в благоприятных для обоих видов условиях она имела^пре-
йМушество за счет способности к более быстрому
размножению и увеличению своей численности.
Межвидовая конкуренция за ресурсы может касаться
пространства, пищи, биогенных веществ и т. п. Именно
уменьшение ресурсов приводит к ситуациям, когда мы имеем дело лишь
с отрицательными взаимодействиями. Результатом
межвидовой конкуренции может быть либо взаимное приспособление
двух видов, либо популяция одного вида замещается
популяцией другого вида, а первый вынужден переселиться на другое
место или перейти на другую пищу. Если виды живут в разных
местах, то говорят, что они занимают разные экологические
ниши, если же они живут в одном месте, но потребляют
разную пищу, то говорят об их несколько различающихся
экологических нишах. Процесс разделения популяциями видов
пространства и ресурсов называется дифференциацией
экологических ниш (рис. 4.5). На рис. 4.2 также видна дифференциация
ниш по ярусам леса.
Рис. 4.5. Распределение копытных зверей по ярусам питания в
африканской саванне: 1 — жираф; 2 — антилопа геренук;
•? — антилопа дик-дик; 4 — носорог; 5 — слон; 6 — зебра; 7— гну;
# — газель Гранта; 9 — антилопа бубал (по де л а Фуэнте, 1972)
Главный результат дифференциации ниш — снижение
конкуренции. Например, тенелюбивые растения не конкурируют
со светолюбивыми, менее остра конкуренция за ресурсы,
численность доминирующего вида, например, регулируется
хищником, и т. п. Иными словами, есть множество обстоятельств,
115
при которщх разные виды-антагонисты могут сосуществовать,
И тем не менее это отрицательные взаимодействия, поскольку
взаимовлияние видов остается и не позволяет полностью рас-
крыть свои возможности каждому из них.
Нейтрализм — это такая форма биотических
взаимоотношений, когда сожительство двух видов на одной территории не
влечет за собой ни положительных, ни отрицательных
последствий для них. В этом случае виды не связаны
непосредственно друг с другом и даже не контактируют между собой.
Например, белки и лоси, обезьяны и слоны и т. п. Отношения
нейтрализма характерны для богатых видами сообществ.
Аменсализм — это биотические отношения, при которых
происходит торможение роста одного вида (аменсала)
продуктами выделения другого. Такие отношения обычно относят к
прямой конкуренции и называют антибиозом. Наиболее
хорошо они изучены у растений, которые применяют различные
ядовитые вещества в борьбе с конкурентами за ресурсы, и
данное явление называют аллелопатия.
Аменсализм весьма распространен в водной среде.
Например, сине-зеленые водоросли, вызывая цветение воды, тем
самым отравляют водную фауну, а иногда даже скот, который
приходит на водопой. Аналогичные «способности» проявляют
и другие водоросли. Они выделяют пептиды, хинон,
антибиотики и другие вещества, которые ядовиты даже в малых дозах.
Называют эти яды эктокринными веществами.
Хищничество и паразитизм: отношения хищник —
жертва и паразит — хозяин являются результатом прямых
пищевых связей, которые для одного из партнеров имеют
отрицательные последствия, а для другого — положительные. Все
варианты пищевых экологических связей можно отнести к этим
типам взаимодействия (в том числе и корова, поедающая
траву). Любой гетеротрофный организм в сообществе существует
за счет поедания другого гетеро- или автотрофа.
Хищниками называют животных, питающихся другими
животными, которых они ловят и умервщляют. Для хищников
характерно охотничье поведение. Изобилие насекомых, их
малые размеры и легкодоступность превращают деятельность
плотоядных хищников, обычно птиц, в простое «собирательство»
116
яобычи, подобно тому как собирают семена,'зерна птицы, пи-
таюшиеся ими. Насекомоядные хищники по способу
овладения пищей приближаются к пастьбе травоядных животных.
Некоторые птицы могут питаться и насекомыми и семенами.
Паразитизм — это такая форма пищевой связи между вида-
ми? когда организм-потребитель (консумент) использует тело
живого хозяина не только как источник пищи, но и как место
своего обитания (постоянного или временного). Паразиты
намного мельче своего хозяина. Паразитические отношения
имеют насекомые-вредители и растения, кровососущие насекомые
и животные, и т. п. Насекомые-паразиты часто бывают
разносчиками эпидемий: вши — тифа, клещи — энцефалита, и др.
В природе существуют системы, состоящие из одного вида
и нескольких других видов, являющихся по отношению к нему
паразитами. Это так называемые паразитарные комплексы.
Например, чтобы успешно бороться с вредителями культурных
растений, необходимо изучать состав и плотность комплекса,
закономерности его роста, и т. п.
Хищничество и паразитизм — это пример
взаимодействия двух популяций, отрицательно сказывающееся на росте и
выживании одной из них (см. табл. 4.1, п. 5, 6). Подобные
популяции развиваются, т. е. эволюционируют, синхронно, и
по мере длительности их взаимодействия коэволюция может
привести к сншкению степени отрицательного
взаимодействия или устранить его вообще, поскольку сильное
подавление популяции жертвы или хозяина популяцией хищника или
паразита может привести к уничтожению одной из них или
обеих.
На рис. 4.6 приводится пример эволюции гомеостаза двух
насекомых в системе «хозяин-паразит», которые помещались в
клетку, состоящую из 30 пластиковых камер, соединенных друг
с другом трубочками, замедлявшими расселение паразита. На
Рис. 4.6 а видны резкие подъемы и спады плотности
популяций, так как в этом случае дикие особи недавно посажены
вместе. На рис. 4.6 б популяции взяты из колоний, в которых они
просуществовали совместно в течение двух лет и здесь уже
отмечается более стабильное равновесие, резкие спады отсутству-
Ют, так как у хозяина появляется адаптивная устойчивость, о
117
Рис. 4.6. Эволюция гомеостаза в системе «хозяин-паразит»
(хозяин — комнатная муха Musca domestica (I) , паразит — оса Nasonia
vitropennis (II) (по Ю.Одуму, 1975):
а — недавно объединенные популяции (впервые посажены вместе
дикие особи); б — популяции взяты из колоний, в которых оба вида
сосуществовали на протяжении двух лет
чем свидетельствует сильное снижение рождаемости у
паразита.
Итак, наиболее жесткая конкуренция проявляется тогда,
когда контакт между популяциями установлен недавно,
например, вследствие изменений, произошедших в экосистеме под
влиянием деятельности человека. Именно поэтому
непродуманное вмешательство человека в структуру биоценоза нередко
приводит к эпидемическим вспышкам.
Таким образом, при длительном контакте паразитов и хищ-.
ников с их жертвами, влияние на них весьма умеренно,
нейтрально или даже благоприятно, а наибольшее повреждающее
действие оказывают новые паразиты и хищники. Отсюда вы
вод: «...необходимо избегать создания новых отрицательных
118
взаимодействий, а если они возникли, стараться по
возможности сдерживать их» (Ю. Одум, 1975).
К положительным видам взаимодействия Ю. Одум
относит комменсализм, кооперацию и мутуализм (см. табл. 4.1).
Многие экологи считают, что в стабильных экосистемах
отрицательные и положительные взаимодействия должны
находиться в равновесии.
Комменсализм, кооперацию и мутуализм можно
рассматривать как стадии последовательного совершенствования
положительных взаимодействий в ходе эволюции.
Комменсализм — это наиболее простой тип
положительных взаимодействий (см. табл. 4.1). Комменсалы —
организмы, которые поселяются в жилищах других организмов, не
причиняя им зла и не принося добра. Для тех животных, у
которых они «квартируют», комменсалы безразличны. В океанах и
морях в каждой раковине есть организме, которые получают
там укрытие, но они абсолютно безобидны для «владельца» этой
раковины.
Протокооперация — это следующий шаг к более тесной
интеграции, когда оба организма получают преимущества от
объединения, хотя такое сосуществование не обязательно для
их выживания. Например, крабы и кишечнополостные: краб
«сажает» себе на спину кишечнополостное, которое маскирует
и защищает его (имеет стрекательные клетки), но, в свою
очередь, оно получает от краба кусочки пищи и использует его как
транспортное средство.
Мутуализм (симбиоз) — следующий этап развития
зависимости двух популяций друг от друга. Объединение
происходит между весьма разными организмами и наиболее
важные мутуалистические системы возникают между автотрофа-
ми и гетеротрофами. Примером может служить
сотрудничество между бактериями, фиксирующими азот, и бобовыми
растениями; симбиоз между копытными и бактериями,
обитающими в их рубце, и др. Широко известным примером
мутуализма является симбиоз водоросли и гриба — лишайники.
Функциональная и морфологическая связь этих организмов
настолько тесна, что лишайники практически составляют
единый организм. Ю. Одум (1975), образно говоря, призывает к
тому, чтобы «модель лишайника», прошедшая путь к гармо-
119
ническому взаимодействию двух различных видов, через
паразитизм водоросли, стала символичной для человека,
который должен установить мутуалистические отношения с
природой, поскольку он является гетеротрофом, зависящим от
имеющихся ресурсов. В противном случае «он, подобно
«неразумному» и «неприспособленному» паразиту, может
довести эксплуатацию своего «хозяина» до такой степени, что
погубит себя».
К сказанному о межвидовой борьбе в биоценозе следует
добавить, что в 90-х гг. XX в. английские и канадские ученые
пришли к выводу, что в лесах деревья и кустарники,
наоборот, — помогают друг другу благодаря действию законов
всеобщей поддержки. Информация, которая обеспечивает такое
взаимодействие, передается под землей благодаря грибку
микориза, имеющихся на корнях всех растений.
Из приведенной характеристики биоценозов ясно, что их
устойчивость (гомеостаз) зависит прежде всего от изменений в
структуре сообществ, от динамики видового разнообразия, от
изменений в трофической цепи и, в известной мере, от
регуляции биоценоза с помощью аллелохимических факторов и др.
Контрольные вопросы
/. Что понимается под биоразнообразием?
2. Почему видовое разнообразие является основой
биологического разнообразия в живой природе?
3. Что такое экотон и каковы причины краевого
эффекта?
4. Какие существуют показатели оценки
биоразнообразия биологических сообществ?
5. Как отражается биоразнообразие в
пространственной структуре биоценоза?
6. Что такое экологическая ниша?
7. В чем причина конкурентной борьбы за экологическую
нишу и суть принципа Га узе?
120
д. Почему дифференциация ниш ведет к снижению
конкуренции?
дт В чем состоят отрицательные взаимодействия
между видами? Коэволюция системы «хищник—жертва»
или «паразит-хозяин».
10. В чем состоят положительные взаимодействия
между видами?
/ /. Почему, по мнению Ю. Одума, человек должен
установить мутуалистические отношения с природой?
ГЛАВА 5
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ
§ 1. Концепция экосистемы
«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 собой экологическую систему, или
экосистему» (Ю. Одум, 1986).
Главным предметом исследования при экосистемном
подходе в экологии становятся процессы трансформации вещества
и энергии между биотой и физической средой, т. е.
возникающий биогеохимический круговорот веществ в экосистеме в
целом (рис. 5.1). Это позволяет дать обобщенную
интегрированную оценку результатов жизнедеятельности сразу многих
отдельных организмов многих видов, так как по
биогеохимическим функциям, т. е. по характеру осуществляемых в природе
процессов превращения вещества и энергии, организмы более
однообразны, чем по своим морфологическим признакам и
строению. Например, все высшие растения потребляют одни и
те же вещества, все они используют свет и благодаря
фотосинтезу образуют близкие по составу органические вещества и
выделяют кислород.
В настоящее время концепция экосистемы — одно из
наиболее важных обобщений биологии — играет весьма важную
роль в экологии. Во многом этому способствовали два
обстоятельства, на которые указывает Г. А. Новиков (1979):
во-первых, экология как научная дисциплина созрела для такого рода
122
бобшений и они стали жизненно необходимы, а во-вторых,
сейчас как никогда остро встали вопросы охраны биосферы и
теоретического обоснования природоохранных мероприятий,
которые опираются прежде всего на концепцию биотических
сообществ — экосистем. Кроме того, как считает Г. А. Новиков,
распространению идеи экосистемы способствовала гибкость
самого понятия, так как к экосистемам можно относить
биотические сообщества любого масштаба с их средой обитания — от
пруда до Мирового океана, и от пня в лесу до обширного
лесного массива, например тайги. В связи с этим выделяют:
микроэкосистемы (подушка лишайника и т. п.); мезоэкосистемы
(пруд, озеро, степь и др.); макроэкосистемы (континент,
океан) и, наконец, глобальную экосистему (биосфера Земли), или
экосферу, — интеграцию всех экосистем мира.
Типичным примером экосистемы может быть подушка
лишайника на стволе дерева. Выше мы уже приводили пример
классического мутуализма, к которому пришли грибы и
водоросли через паразитизм последних. Здесь продуценты — сим-
биотические водоросли, консументы — различные мелкие чле-
Рис. 5.1.Схема переноса вещества (сплошная линия) и энергии
(пунктирная линия) в природных экосистемах
123
нистоногие и др. Гифы грибов и большинство
микроскопических животных выступают так же и в роли редуцентов, живу,
щих за счет тканей отмерших водорослей.
Замкнутость круговорота в такой системе невелика: часть
продуктов распада выносится за пределы лишайника
дождевыми водами, часть животных мигрирует в другие
местообитания.
Границы этой экосистемы очерчены границами
лишайника, но ее существование будет достаточно стабильным, если
вынос будет компенсироваться поступлением вещества. Но есть
экосистемы, в которых внутренний круговорот вещества
вообще малоэффективен — реки, склоны гор, — здесь стабильность
поддерживается только перетоком вещества извне. Многие
системы достаточно автономны — пруды, озера, океан, леса и др.
Но даже биосфера Земли часть веществ отдает в Космос и
получает вещества из Космоса.
Таким образом, природные экосистемы — это открытые
системы: они должны получать и отдавать вещества и
энергию.
Запасы веществ, усвояемые организмами, и прежде всего
продуцентами, в природе небезграничны. Если бы эти
вещества не использовались многократно, а точнее, не были бы
вовлечены в этот вечный круговорот, то жизнь на Земле была бы
вообще невозможна. Такой «бесконечный» круговорот (рис. 5.1)
биогенных компонентов возможен лишь при наличии
функционально различных групп организмов, способных
осуществлять и поддерживать поток веществ, извлекаемых ими из
окружающей среды.
Для поддержания круговорота веществ в экосистеме
необходимы неорганические молекулы в усвояемой для
продуцентов форме, консументы, питающиеся продуцентами и
другими консументами, а также редуценты, восстанавливающие
органические вещества снова до неорганических молекул для
питания продуцентов (рис. 5.2).
С точки зрения пищевых взаимодействий организмов,
трофическая структура экосистемы делится на два яруса: 1)
верхний — автотрофный ярус, или «зеленый пояс», включающий
124
Рис. 5.2. Пищевая цепь в озере в сильно упрощенном виде:
сплошные линии со стрелками направлены от пищи к консументам;
пунктирные линии со стрелками отражают деятельность
деструкторов (по П. Арессу)
фотосинтезирующие организмы, создающие сложные
органические молекулы из неорганических простых соединений, и
2) нижний —гетеротрофныйярус, или «коричневый пояс» почв
и осадков, в котором преобладает разложение отмерших
органических веществ снова до простых минеральных образований.
Однако, чтобы разобраться в сложных биологических
взаимодействиях в экосистеме, следует выделить ряд компонентов,
°б экологической роли которых мы уже говорили выше: 1)
неорганические вещества (С, N, С02, Н20, Р, О и др.),
участвующие в круговоротах; 2) органические соединения (белки,
углеводы, липиды, гумусовые вещества и др.), связывающие
биотическую и абиотическую части; 3) воздушную, водную и
субстратную среду, включающую абиотические факторы; 4) про-
125
дуцентов — -автотрофные организмы, в основном зеленые рас,
тения, способные производить пищу из простых
неорганических веществ; 5) консументов, или фаготрофов
(пожирателей), — гетеротрофы, в основном животные, питающиеся дру,
гими организмами или частицами органического вещества;
6) редуцентов, или сстротрофов (питающихся 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.
§ 2. Продуцирование
и разложение в природе
Фотосинтезирующие организмы, и лишь отчасти хемосин-
тезирующие, создают органические вещества на Земле —
продукцию — в количестве 100 млрд т/год и примерно такое же
количество веществ должно превращаться в результате
дыхания растений в углекислый газ и воду. Однако этот баланс
неточен, так как известно, что в прошлые геологические эпохи
создавался избыток органического вещества, в особенности
300 млн лет тому назад, что выразилось в накоплении в
осадочных породах угля. Человечество использует это
энергетическое сырье.
Избыток образовался вследствие того, что в соотношении
02/С02 баланс сдвинулся в сторону С02 и заметная часть
продуцированного вещества, хотя и очень небольшая, не
расходовалась на дыхание и не разлагалась, а фоссилизировалась
(окаменевала) и сохранялась в осадках. Сдвижение баланса в
сторону повышения содержания кислорода около 100* млн лет
назад сделало возможным эволюцию и существование высших
форм жизни.
Без процессов дыхания и разложения, так же как и без
фотосинтеза, жизнь на Земле была бы невозможна.
126
Дыхание — это процесс окисления, который еще в
древности справедливо сравнивали с горением. Благодаря дыханию
как бы «сгорает» накопленное при фотосинтезе органическое
вещество.
Итак, дыхание — процесс гетеротрофный, приблизительно
уравновешивающий автотрофное накопление органического
вещества. Различают аэробное, анаэробное дыхание и брожение.
Аэробное дыхание — процесс, обратный фотосинтезу, где
окислитель — газообразный кислород присоединяет водород.
Анаэробное дыхание происходит обычно в бескислородной
среде и в качестве окислителя служат другие неорганические
вещества, например сера. И наконец, брожение — такой
анаэробный процесс, где окислителем становится само органическое
вещество.
Посредством процесса аэробного дыхания организмы
получают энергию для поддержания жизнедеятельности и
построения клеток. Бескислородное дыхание — это основа
жизнедеятельности сапрофагов (бактерии, дрожжи, плесневые
грибы, простейшие). Аэробное дыхание превосходит, и
значительно, анаэробное в скорости.
Если поступление детрита (частичек отмершей органики)
в почву или в донный осадок происходит в больших
количествах, то бактерии, грибы, простейшие быстро расходуют
кислород на его разложение, которое резко замедляется, но не
останавливается вследствие «работы» организмов с анаэробным
метаболизмом.
Итак, в целом можно утверждать, что происходит
некоторое отставание гетеротрофного разложения от
продуцирования во времени. И, как было подчеркнуто выше, такое
соотношение наблюдается на уровне биосферы. «Отставание
гетеротрофной утилизации продуктов автотрофного метаболизма есть,
следовательно, одно из важнейших свойств экосистемы»
(Ю. Одум, 1975). Однако в результате деятельности человека
это свойство находится под угрозой и прежде всего из-за
непомерного потребления кислорода огромными двигателями и
другими аппаратами, которое может привести к снижению
продукции.
127
Разложение детрита путем его физического размельчения
и биологического воздействия и доведение его сапрофагами д0
образования гумуса, гумификация, идет относительно быстро.
Однако последний этап,минерализация гумуса, — процесс
медленный, обусловливающий запаздывание разложения по
сравнению с продуцированием.
Кроме биотических факторов в разложении принимают
участие и абиотические (пожары, которые можно считать
«агентами разложения»). Но если бы мертвые организмы не
разлагались гетеротрофными микроорганизмами и сапрофагами, для
которых они служат пищей, все питательные вещества
оказались бы в мертвых телах и никакая новая жизнь не могла бы
возникать.
§ 3. Гомеостаз экосистемы
Гомеостаз —■ способность биологических систем —
организма, популяции и экосистем — противостоять изменениям
и сохранять равновесие. Исходя из кибернетической природы
экосистем — гомеостатическии механизм — это обратная
связь. Например, у пойкилотермных животных изменение
температуры тела регулируется специальным центром в мозге, куда
постоянно поступает сигнал обратной связи, содержащий
данные об отклонении от нормы, а от центра поступает сигнал,
возвращающий температуру к норме. В механических
системах аналогичный механизм называют сервомеханизмом,
например, термостат управляет печью.
Для управления экосистемами не требуется регуляция
извне — это саморегулирующаяся система. Саморегулирующий
гомеостаз на экосистемном уровне обеспечен множеством
управляющих механизмов. Один из них — субсистема
«хищник—жертва» (рис. 5.3). Между условно выделенными
кибернетическими блоками управление осуществляется посредством
положительных и отрицательных связей. Положительная
обратная связь «усиливает отклонение», например увеличивает
128
4*
Рис. 5.3. Элементы кибернетики (по Ю.Одуму, 1975, с изменениями):
о- — взаимодействие положительной (+) и отрицательной (-) обратных
связей в системе «хищник-жертва»; б — представление о гомеостати-
ческом плато, в пределах которого поддерживается относительное
постоянство вопреки условиям, вызывающим отклонения
чрезмерно популяцию жертвы. Отрицательная обратная связь
«уменьшает отклонение», например, ограничивает рост
популяции жертвы за счет увеличения численности популяции
хищников. Эта кибернетическая схема (рис. 5.3 а) отлично
иллюстрирует процесс коэволюции в системе «хищник—жертва», так
129
5—Экология
как в этой «связке» развиваются и взаимные адаптационные
процессы (см. рис. 3.5). Если в эту систему не вмешиваются
другие факторы (например, человек уничтожил хищника), то
результат саморегуляции будет описываться гомеостатическим
плато (рис. 5.3 б) — областью отрицательных связей, а при
нарушении системы начинают преобладать обратные
положительные связи, что может привести к гибели системы.
Наиболее устойчивы крупные экосистемы и самая
стабильная из них — биосфера, а наиболее неустойчивы молодые
экосистемы. Это объясняется тем, что в больших экосистемах
создается саморегулирующий гомеостаз за счет взаимодействия
круговоротов веществ и потоков энергии (Ю. Одум, 1975).
§ 4. Энергия экосистемы
Энергетические потоки
Жизнь на Земле существует за счет солнечной энергии.
Свет — единственный на Земле пищевой ресурс, энергия
которого, в соединении с углекислым газом и водой, рождает
процесс фотосинтеза. Фотосинтезирующие растения создают
органическое вещество, которым питаются травоядные животные,
ими питаются плотоядные и т. д., в конечном итоге растения
«кормят» весь остальной живой мир, т.е. солнечная энергия
через растения как бы передается всем организмам.
Энергия передается от организма к организму, создающих
пищевую, или трофическую цепьготавтотрофов, продуцентов
(создателей) к гетеротрофам, консументам (пожирателям) и так
4—6 раз с одного трофического уровня на другой.
Трофический уровень — это место каждого звена в пищевой
цепи. Первый трофический уровень — это продуценты, все
остальные — консументы. Второй трофический уровень — это
растительноядные консументы; третий — плотоядные
консументы, питающиеся растительноядными формами; четвертый —
консументы, потребляющие других плотоядных, и т. д. Следо-
130
5-2
вательно, можно и консументов разделить по уровням: консу-
менты первого, второго, третьего и т. д. порядков (рис. 5.4).
Четко распеределяются по уровням лишь консументы,
специализирующиеся на определенном виде пищи. Однако есть
виды, которые питаются мясом и растительной пищей (человек,
медведь и др.), которые могут включаться в пищевые цепи на
любом уровне.
Пища, поглощаемая консументом, усваивается не
полностью — от 12 до 20% у некоторых растительноядных, до 75% и
более у плотоядных. Энергетические затраты связаны прежде
всего (рис. 5.5) с поддержанием метаболических процессов,
которые называют тратой на дыхание, оцениваемая общим
количеством С02, выделенного организмом. Значительно меньшая
часть идет на образование тканей и некоторого запаса
питательных веществ, т. е. на рост. Остальная часть пищи выделяется в
виде экскрементов. Кроме того, значительная часть энергии
рассеивается в виде тепла при химических реакциях в организме и
особенно при активной мышечной работе. В конечном итоге вся
энергия, использованная на метаболизм, превращается в
тепловую и рассеивается в окружающей среде.
Таким образом, большая часть энергии при переходе с
одного трофического уровня на другой, более высокий, теряется.
Рис. 5.4. Пищевые взаимосвязи организмов в биогеоценозе
(по И. Н. Пономаревой, 1978)
131
5*
Приблизительно потери составляют около 90%: на каждый
следующий уровень передается не более 10% энергии от предыду,
щего уровня. Так, если калорийность продуцента 1000 Дж, то
при попаданиии в тело фитофага остается 100 Дж, в теле
хищника уже 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то
на его долю останется лишь 1 Дж, т. е. 0,1 % от калорийности
растительной пищи.
Однако такая строгая картина перехода энергии с уровня на
уровень не совсем реальна, поскольку трофические цепи
экосистем сложно переплетаются, образуя трофические сети. Но
конечный тог. рассеивание и потеря энергии, которая, чтобы
существовала жизнь, должна возобновляться.
Нельзя забывать еще и мертвую органику, которой питает-
Pn — продукция трофического
уровня п
Rn — потери на дыхание
на трофическом уровне п
Fn — потери энергии с фекалиями
на трофическом уровне п
1П — поступление энергии
на трофический уровень п
Pn-l — доступная для
потребления продукция
трофического уровня п-1
Рис. 5.5. Схема потока энергии в сообществе
(по М. Бигону и др., 1989)
132
ся значительная часть гетеротрофов. Среди них есть и сапро-
фаги и сапрофиты (грибы), использующие энергию,
заключенную в детрите. Поэтому различают два вида трофических
цепей: цепи выедания, или пастбищные, которые начинаются с
поедания фотосинтезирующих организмов, и детритные
цели разложения, которые начинаются с остатков отмерших
растений, трупов и экскрементов животных.
Таким образом, входя в экосистему, поток лучистой
энергии разбивается на две части, распространяясь по двум видам
трофических сетей, но источник энергии общий — солнечный
свет.
Принцип биологического накопления
В круговорот веществ в экосистеме часто добавляются
вещества, попадающие сюда извне. Они концентрируются в
трофических цепях и накапливаются в них, т. е. происходит их
биологическое накопление. Это явление наглядно видно на
примере концентрирования радионуклидов и пестицидов в
трофических цепях.
Наиболее известна способность к биологическому
накоплению у ДДТ — вещества, ранее широко применявшегося для
борьбы с вредными насекомыми и запрещенного к
применению в настоящее время. Ю. Одум (1975) приводит пример
того, как недоучет закономерностей биологического накопления,
обусловленного экологическими процессами, привел к гибели
птиц, питающихся гидробионтами, хотя опыляли комаров на
болотах Лонг-Айленда (п-ов Флорида), давая концентрацию
ДДТ значительно ниже дозы, смертельной для рыб и других
животных. Он объясняет это тем, что ядовитые осадки
адсорбировались на детрите, концентрировались в тканях
редуцентов (детритофагов) и мелкой рыбы, а дальше — в хищниках,
т^ких как рыбоядные птицы. Благодаря многократному
поглощению с начала детритной цепи, яд накапливался в жировых
отложениях рыб и птиц. И даже если его доза ниже смертель-
ной и птицы не погибали сами, то ДДТ препятствовал образо-
Ванию яичной скорлупы: тонкая скорлупа лопалась еще до то-
133
го, как разовьется птенец. Такие явления могут привести к
уничтожению целых популяций хищных птиц, например скопы.
Таким образом, принцийы биологического накопления
надо учитывать при любых поступлениях загрязнений в среду.
§ 5. Биологическая продуктивность
экосистем
Продуктивность экологической системы — это скорость,
с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе
фотосинтеза и хемосинтеза, образуя органическое вещество,
которое затем может быть использовано в качестве пищи.
Уровни производства
органического вещества
Различают разные уровни продуцирования, на которых
создается первичная и вторичная продукция. Органическая
масса, создаваемая продуцентами в единицу времени, называется
первичной продукцией, а прирост за единицу времени массы
консументов —вторичной продукцией.
Первичная продукция подразделяется как бы на два
уровня — валовую и чистую продукцию. Валовая первичная
продукция — это общая масса валового органического вещества,
создаваемая растением в единицу времени при данной скорости
фотосинтеза, включая и траты на дыхание.
Растения тратят на дыхание от 40 до 70% валовой
продукции. Меньше всего ее тратят планктонные водоросли — около
40% от всей использованной энергии. Та часть валовой
продукции, которая не израсходована «на дыхание», называется
чистой первичной продукцией: она представляет собой
величину прироста растений и именно эта продукция потребляется
консументами и редуцентами.
Вторичная продукция не делится уже на валовую и
чистую, так как консументы и редуценты, т. е. все гетеротрофы,
134
увеличивают свою массу за счет первичной продукции, т. е.
используют ранее созданную продукцию.
Рассчитывают вторичную продукцию отдельно для
каждого трофического уровня, так как она формируется за счет
энергии, поступающей с предшествующего уровня.
Все живые компоненты экосистемы — продуценты, консу-
менты и редуценты — составляют общую биомассу (живой
вес) сообщества в целом или его отдельных частей, тех или
иных групп организмов. Биомассу обычно выражают через
сырой и сухой вес, но можно выражать и в энергетических
единицах — в калориях, джоулях и т. п., что позволяет выявить связь
между величиной поступающей энергии и, например, средней
биомассой.
На образование биомассы расходуется не вся энергия, но та
энергия, которая используется, создает первичную продукцию
и может расходоваться в разных экосистемах по-разному.
Если скорость ее изъятия консументами отстает от скорости
прироста растений, то это ведет к постепенному приросту
биомассы продуцентов и возникает избыток мертвого органического
вещества. Последнее приводит к заторфовыванию болот,
зарастанию мелких водоемов, созданию большого запаса
подстилки в таежных лесах и т. п.
В стабильных сообществах практически вся продукция
тратится в трофических сетях и биомасса остается
постоянной.
Экологические пирамиды
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
135
(или энергий), имеющая универсальный характер, показывает
изменение первичной продукции (или энергии) на
последовательных трофических уровнях.
Пирамида чисел отображает отчетливую закономерность,
обнаруженную Элтоном: количество особей, составляющих
последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам,
неуклонно уменьшается (рис. 5.6). В основе этой
закономерности лежит, во-первых, тот факт, что для уравновешивания
массы большого тела необходимо много маленьких тел;
во-вторых, от низших трофических уровней к высшим теряется
количество энергии (от каждого уровня до предыдущего доходит
лишь 10% энергии) и, в-третьих — обратная зависимость
метаболизма от размера особей (чем мельче организм, тем
интенсивнее обмен веществ, тем выше скорость роста их
численности и биомассы).
Однако пирамиды численности будут сильно различаться
по форме в разных экосистемах, поэтому численность лучше.
Рис. 5.6. Упрощенная схема пирамиды Элтона
(по Г. А. Новикову, 1979)
136
приводить в табличной форме, а вот — биомассу — в
графической. Она четко указывает на количество всего живого
вещества на данном трофическом уровне, например, в единицах
массы на единицу площади — г/м2 или на объем — г/м3 и т. д.
В наземных экосистемах действует следующее правило
пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает
массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу
хищников. Это правило соблюдается, и биомасса всей цепочки
изменяется с изменениями величины чистой продукции,
отношение годового прироста которой к биомассе экосистемы
невелико и колеблется в лесах разных географических зон от
2 до 6%. И только в луговых растительных сообществах она
может достигать 40—55%, а в отдельных случаях, в
полупустынях — 70—75 %.
На рис. 5.7 показаны пирамиды биомасс некоторых
биоценозов. Как видно из рисунка, для океана приведенное выше
правило пирамиды биомасс недействительно — она имеет
перевернутый (обращенный) вид. Для экосистемы океана
характерна тенденция накапливания биомассы на высоких уровнях у
хищников. Хищники живут долго и скорость оборота их
генераций мала, но у продуцентов — у фитопланктонных
водорослей, оборачиваемость может в сотни раз превышать запас
биомассы. Это значит, что их чистая продукция и здесь
превышает продукцию, поглощенную консументами, т. е. через уро-
Рис. 5.7. Пирамиды биомассы некоторых биоценозов
(по Ф. Дре, 1976) :
П — продуценты; РК — растительноядные консу менты;
ЯК — плотоядные консументы; Ф — фитопланктон; 3 — зоопланк-
т°н (крайняя справа пирамида биомассы имеет перевернутый вид)
137
вень продуцентов приходит больше энергии, чем через всех кон-
сументов.
Отсюда понятно, что еще более совершенным отражением
влияния трофических отношений на экосистему должно быть
правило пирамиды продукции (или энергии): на каждом
предыдущем трофическом уровне количество биомассы,
создаваемой за единицу времени (или энергии), больше, чем на
последующем. Пирамида продукции отражает законы расходования
энергии в трофических цепях. На рис. 5.8 показана пирамида
энергий (Ю. Одум, 1986).
Рис. 5.8. Пирамида энергий для Силвер-Спрингс,
в ккал /м2год (по Ю. Одуму)
(заштрихованные части прямоугольника и цифры в скобках —
энергия, аккумулированная в биомассе): Р — продуценты;
Н — травоядные; С — плотоядные; ТС — хищные рыбы;
D — деструкторы
В конечном итоге все три правила пирамид отражают
энергетические отношения в экосистеме, а пирамида продукции
(энергии) имеет универсальный характер.
В природе; в стабильных системах биомасса изменяется
незначительно, т. е. природа стремится использовать полностью
валовую продукцию. Знание энергетики экосистемы и
количественные ее показатели позволяют точно учесть возможность
изъятия из природной экосистемы того или иного количества
растительной и животной биомасссы без подрыва ее
продуктивности.
Человек получает достаточно много продукции от природ-
138
ных систем, тем не менее основным источником пищи для
него является сельское хозяйство. Создав агроэкосистемы,
человек стремится получить как можно больше чистой продукции
растительности, но ему необходимо тратить половину
растительной массы на выкармливание травоядных животных, птиц
и т. д., значительная часть продукции идет в промышленность
и теряется в отбросах, т. е. и здесь теряется около 90% чистой
продукции и только около 10% непосредственно используется
на потребление человеком.
- В природных экосистемах энергетические потоки также
изменяются по своей интенсивности и характеру, но этот процесс
регулируется действием экологических факторов, что
проявляется в динамике экосистемы в целом.
§ 6. Динамика экосистемы
Экосистема испытывает те же динамические процессы, что
и ее популяции и сообщества: цикличность, смену популяций
и биоценозов, и др.
Цикличность
Суточная, сезонная и многолетняя периодичность внешних
условий и проявление внутренних (эндогенных) ритмов
организмов, флуктуации популяций достаточно синхронно
отражается в цикличности всего сообщества — биоценоза.
Суточные циклы наиболее резко выражены в условиях
климата высокой континентальности, где значительная
разница между дневными и ночными температурами. Например,
в песчаных пустынях Средней Азии в жаркий полдень
многие животные прячутся в норы или ведут ночной образ жизни
летом, а некоторые — зимой переходят на дневной (змеи,
пауки и др.). Однако суточные ритмы наблюдаются во всех
географических зонах, и даже в тундре в полярный день расте-
139
ния закрывают и открывают свои цветки в соответствии с
этими ритмами.
Сезонная цикличность выражается в том, что на
определенный период из биоценоза «выпадают» группы животных и
даже целые популяции, впадающие в спячку, в период диапауз
или оцепенений, при исчезновении однолетних трав, опаде
листвы и т. п. Это в слабой форме выражено даже во влажных
тропических лесах.
Многолетняя цикличность проявляется благодаря флук-
туациям климата. Многолетняя периодичность в изменении
численности биоценоза, вызванная резко неравномерным
выпадением осадков по годам, с периодическим повторением засух,
хорошо иллюстрируется повторением массовых размножений
животных, например саранчевых (налеты саранчи).
Многолетняя цикличность может быть связана с
особенностями развития растений — эдификаторов. Например, в
буковых лесах сомкнутые кроны многолетних деревьев угнетают
растительность нижних ярусов, но, как только бук упадет,
начинают бурно расти молодые деревья и крона
восстанавливается. Так происходит обновление букового леса, на которое в
естественных условиях требуется цикл в 250 лет.
Экологическая сукцессия
Ю. Одум (1986) под экологической сукцессией понимает
вообще весь процесс развития экосистемы. Более конкретное
определение дает этому явлению Н. Ф. Реймерс (1990):
«Сукцессия — последовательная смена биоценозов, преемственно
возникающая на одной и той же территории (биотопе) под
влиянием природных факторов (в том числе и внутренних
противоречий самих биоценозов) или воздействия человека».
Изменения в сообществе в результате сукцессии носят закономерный
характер и обусловлены взаимодействием организмов между
собой и с окружающей абиотической средой.
Экологическая сукцессия происходит в определенный
отрезок времени, в который изменяется видовая структура
сообщества и абиотическая среда его существования вплоть до куль-
140
минации его развития — возникновения стабилизированной
системы. Такую стабилизированную экосистему называют
климаксом. В этом состоянии система находится тогда, когда в ней на
единицу энергии приходится максимальная биомасса и
максимальное количество симбиотических связей между
организмами (Ю. Одум, 1975). Однако к этому состоянию система
проходит через ряд стадий развития, первые из которых часто
называют стадией первых поселенцев. Поэтому в более узком
смысле сукцессия — это последовательность сообществ,
сменяющих друг друга в данном районе.
Стабильность сообщества может быть длительной лишь в
том случае, если изменения среды, вызванные одними
организмами, точно компенсируются деятельностью других, с
противоположными экологическими требованиями. Это условие
нарушается при нарушении круговорота веществ и тогда часть
популяций, которые не могут выдержать конкуренции,
вытесняются другими, для которых эти условия благоприятны, и го-
меостаз восстанавливается.
Для возникновения сукцессии необходимо свободное
пространство. В зависимости от первоначального состояния
субстрата, различают первичную и вторичную сукцессии.
Первичная сукцессия — формирование сообществ начинается на
первоначально свободном субстрате, а вторичная сукцессия — это
последовательная смена одного сообщества, существовавшего
на данном субстрате, другим, более совершенным для данных
абиотических условий.
Первичная сукцессия позволяет проследить формирование
сообществ с самого начала. Она может возникнуть на склоне
после оползня или обвала, на образовавшейся отмели при
отступлении моря и изменении русла рекой, на обнаженных
эоловых песках пустыни, не говоря уже об антропогенных
нарушениях: свежая лесосека, намывная полоса морского
побережья, искусственные водохранилища.
Первыми, как правило, на свободное пространство
начинают внедряться растения посредством перенесенных ветром спор
и семян, либо за счет вегетативных органов оставшихся по
соседству растений. В качестве примера первичной сукцессии
141
обычно приводят зарастание еловым лесом новых территорий
на севере нашей страны.
Ельник — это последняя климаксная стадия развития
экосистемы в климатических условиях Севера, т. е. уже коренной
биоценоз. Вначале же здесь развиваются березняки,
ольховники, осинники, под пологом которых растут ели. Постепенно
они перерастают березу и вытесняют ее, захватывая
пространство (рис. 5:9). Семена обеих древесных пород легко
переносятся ветром, но, если даже они прорастут одновременно, бе-
Рис. 5.9. Смена березняка ельником (по И. Н. Пономаревой, 1978)
142
оеза растет намного быстрее — к 6—10 годам ель едва достига-
еТ 50—60 см, а береза — 8—10 м. Под уже сомкнутыми
кронами берез возникает свой микроклимат, обилие опада листьев
способствует формированию особых почв, поселяются многие
животные, появляется разнообразный травянистый покров,
создаются консорции березы с окружающей средой. А ель
продолжает расти в столь благоприятной обстановке, и, наконец,
береза не выдерживает конкуренции с ней за пространство и
свет и вытесняется елью.
Классическим примером природной сукцессии является
«старение» озерных экосистем — эвтрофикация. Она
выражается в зарастании озер растениями от берегов к центру. Здесь
наблюдается ряд стадий зарастания — от начальных —
дальние от берега до достигнутых у берега. Эти стадии показаны и
описаны на рис. 5.10. В конечном итоге озеро превращается в
торфяное болото, представляющее собой устойчивую экосисте-
Рис. 5.10. Зарастание эвтрофного водоема с непроточной или
слабопроточной водой (пунктиром показан нижний уровень воды). Зоны:
^ — свободноплавающие растения, 1 — низкие (придонные)
погруженные растения, 2 — высокие погруженные растения, 3 — растения
с плавающими листьями, 4 — высокие надводные растения, 5 —
низшие и средневысокие надводные растения, 6 — черноольховая топь.
тложения: 1 — сапропелит, 2—3 — сапропелитовый торф, 4 — тро-
тниковый и камышовый торф, 5 — осоковый торф, 6 — лесной торф
(Соловьев, 1983)
143
му климаксного типа. Но и она не вечна — на ее месте
постепенно может возникнуть лесная экосистема уже благодаря
наземной сукцессионной серии в соответствии с
климатическими условиями местности.
Эвтрофикация водоема в значительной степени
определяется привносом извне биогенных элементов. В природных
условиях биогены сносятся с площади водосбора. Такая
эвтрофикация имеет черты первичной прогрессивной сукцессии.
Вторичная сукцессия является, как правило, следствием
деятельности человека. В частности, описанная выше смена
растительности при формировании ельника чаще происходит в
результате вторичной сукцессии, возникающей на вырубках
ранее существовавшего леса (ельника). Вторичная сукцессия
заканчивается стабильной стадией сообщества через 150—250 лет,
а первичная длится 1000 лет.
Вторичная, антропогенная сукцессия проявляется так же и
в эвтрофикации. Бурное «цветение» водоемов, особенно
искусственных водохранилищ, есть результат их обогащения
биогенами, обусловленное деятельностью человека. «Пусковым
механизмом» процесса обычно является обильное поступление
фосфора, реже — азота, иногда углерода и кремния.
Ключевую роль обычно играет фосфор.
При поступлении биогенов резко возрастает продуктивность
водоемов за счет роста численности и биомассы водорослей, и
прежде всего сине-зеленых — цианей, из царства дробянок.
Многие из них могут фиксировать молекулярный азот из
атмосферы, тем самым снижая лимитирующее действие азота, а
некоторые способны освобождать фосфор из продуктов
метаболизма различных водорослей. Обладая этим и рядом других
подобных качеств, они захватывают водоем и доминируют в
биоценозе.
Биоценоз практически полностью перерождается.
Наблюдаются массовые заморы рыб. «В особо тяжелых случаях вода
приобретает цвет и консистенцию горохового супа,
неприятный гнилостный запах: жизнь аэробных организмов
исключена» (Соловьев, 1987).
Последовательный ряд постепенно и закономерно сменяю-
144
них ДРУГ ДРУга в сукцессии сообществ называется сукцессион-
ной серией. Она наблюдается в природе не только в лесах,
болотах и озерах (см. рис. 5.9; 5.10), но и на стволах
отмирающих деревьев и в пнях, где происходит закономерная смена
сапрофитов и сапрофагов, в лужах и прудах и т. д. Иными
словами, сукцессии разномасштабны и иерархичны, так же как и
сами экосистемы.
Сукцессионные процессы
и климакс
Первые переселенцы, которые приживаются на новом
участке, — это организмы, которые толерантны к абиотическим
условиям нового для них местообитания. Не встречая особого
сопротивления среды, они чрезвычайно быстро размножаются
(саранча, эфемерная растительность и т. п.), т. е. на ранних
этапах в эволюции экосистемы преобладает r-стратегия (рост
численности). Но постепенно за счет достаточно быстрой
смены и увеличения количества популяций возрастает видовое
разнообразие и начинает повышаться значение К-фактора
(ограничитель роста).
Увеличение видового разнообразия приводит к
усложнению связей внутри сообщества, умножению симбиотических
связей, снижению чрезмерной рождаемости и доминирования
массовых видов, и т. д. Наконец действия г- и К-факторов
уравновешиваются и,сообщество развивающейся серии становится
стабильным, или климаксным, — «это самоподдерживающееся
сообщество, находящееся в равновесии с физическим
местообитанием» (Ю. Одум, 1975). Развивающееся сообщество
преобразует и само местообитание.
На первых этапах для растительных форм первостепенное
значение имеют почвенные биогенные элементы. Но черпать
и* из запасов почв до бесконечности невозможно и по мере
истощения этих запасов разложение отмершей органики
становится основным источником питания минеральными
веществами биогеохимического круговорота.
Однако такой круговорот возможен лишь в автотрофной
145
системе, черпающей энергию от солнца. Другое дело — гете-
ротрофная сукцессия, когда приток мертвого органического ве-
щества не восполняет запасы, т. е. первичная продукция равна
нулю, и участвуют в сукцессии только гетеротрофные организ-
мы. В этом случае количество энергии не добавляется, а
уменьшается, и система прекращает свое существование — все
организмы погибают или, в лучшем случае, переходят в
покоящиеся стадии. Характерным примером такой сукцессии является
сукцессия в гниющих стволах деревьев, в трупах животных,
фекалиях и на вторичных стадиях обработки сточных вод.
Такая модель сукцессии должна ассоциироваться, по мнению
Ю. Одума (1975), с эксплуатацией человеком залежей горючих
полезных ископаемых.
На ранних стадиях сукцессионной серии чистой
продукции получается значительно больше и при ее изъятий
человеком сукцессия только приостанавливается, но основа
продуктивности на этих этапах не подрывается. Другое дело в кли-
максных сериях — здесь чистая продуктивность снижается и
в принципе становится константой. В этом случае очень
важно знать величину этой константы с тем, чтобы четко
представлять себе ту величину чистой продукции, которую можно
изъять из системы, сохранив ее способность к
самовозобновлению.
Так, например, вырубку лесов надо вести на локальных
участках, оставляя часть территории с коренными типами пород.
Это сократит время восстановления фитоценозов, так как сук-
цессионные серии сократятся до нескольких десятилетий (30—
50 лет). Сплошная рубка приведет к разрушению всей
экосистемы, в том числе ее эдафической части. Восстановление лишь
почв потребует тысячелетия. Более того, сукцессионная серия
может пойти по пути формирования не прежнего лесного
сообщества, а пустыни и болот или других малопродуктивных
экосистем.
Таким образом, сообщество не может одновременно быть
высокостабильным и давать большой выход чистой продукции,
которую можно было бы изъять без вреда для самого
биоценоза.
146
3 почвенной биоте столь же активно протекают сукцесси-
йНые процессы. Они обусловлены разложением
органического вещества и лежат в основе биологических круговоротов, —
естественных регуляторов процессов, обеспечивающих
плодородие почвы. Загрязнение почвенной среды и нарушение
процессов образования гумуса снижают регуляторную способность
почв и ведут к подрыву естественного плодородия, а
следовательно, и к изменениям в экосистеме. Таким образом, эдафи-
ческая компонента может весьма существенно повлиять на ход
экологической сукцессии при нарушении ее регуляторной
функции.
Полнота сукцессии и видовое разнообразие возможны в
случае надежной «работы» круговорота питательных веществ.
Только в этом случае можно говорить о стабильности экосистемы,
которая достигается в результате преобразования сообщества
на основе длительной эволюции видов.
Полным биологическим разнообразием обладает
биосфера, которая и является самой стабильной глобальной
экосистемой — экосферой. Но биологическое разнообразие,
обеспечивающее ее стабильность, — это прежде всего разнообразие
стабильных природных экосистем, отличающихся видовым
разнообразием естественной биоты.
§ 7. Системный подход
и моделирование в экологии
Системный подход в экологии обусловил формирование
Целого направления, ставшего ее самостоятельной отраслью —
системной экологией. Системный подход — это
направление в методологии познания объектов как систем. Система —
это множество взаимосвязанных элементов, образующих
определенную целостность, единство. Ее состав, структуру и
свойства изучают посредством системного анализа,
являющегося основой системного подхода и представляющего
собой совокупность методологических средств, используемых
147
для решения сложных научных проблем. В эту совокупность
средств входит комплекс методов: от простых описательных
логических до весьма сложных математических. Технической
основой системного анализа являются современные ЭВМ и
информационные системы с широким использованием
методов математического программирования, теории игр и т. д.
Основными системными принципами являются:
целостность, структурность, взаимозависимость системы и среды,
иерархичность, множественность описания каждой системы.
Целостность — обобщенная характеристика системы,
свойства которой несводимы к сумме свойств ее элементов и не-
выводимы из этих свойств (целостность организмов более
полной будет в популяции, популяции — в биоценозе и т. д., и
свойства каждой системы несводимы к свойствам
нижестоящих). Структурность — установление структуры и
взаимозависимости структурных элементов, обусловленности
поведения системы ее структурой (структура биоценоза,
трофическая структура экосистемы и установление измеримых
связей между трофическими уровнями, и др.).
Взаимозависимость системы и среды выражается в формировании и
проявлении ее свойств в результате их взаимодействия
(взаимодействие биоценоза и биотопа, популяций в биоценозе и т.
п.). Иерархичность — это когда каждый компонент системы
может рассматриваться как самостоятельная система, а сама
исследуемая система является составной частью более
широкой системы (уровни биологической организации, вплоть до
глобальной системы — биосферы).
Экосистемы — это весьма сложные самоорганизующиеся
и целенаправленные, со сложной иерархической структурой
системы, требующие множественного описания каждой
системы, что требует построения множества моделей, т. е.
широкого использования методов моделирования при
исследовании.
Построение обобщенных моделей, отражающих все
факторы и взаимосвязи в системе, является центральной
процедурой системного анализа. Понятие «модель» широко
используется, например, на бытовом уровне: модель самолетов, ко-
148
а5лей, автомобилей и т. п. Если эти модели не
действующие, то они отражают только морфологические особенности,
объекта, но уже знание этих особенностей позволяет
человеку, если он раньше не видел оригинал, узнать этот оригинал
по модели. Иными словами, лишь часть свойств объекта
позволяет судить об объекте в целом, в данном случае — о
форме объекта. Нечто похожее происходит и при научных
исследованиях.
Традиционная схема научного исследования:
исследователь — объект. Здесь исследователь получает информацию
путем непосредственного изучения объекта. Например, биолог
изучает видовой состав фитопланктона под микроскопом. Но
такое возможно лишь на достаточно простых объектах, но не
при исследовании целостной структуры экосистемы,
взаимодействия ее компонентов и т. п. В этом случае необходимо
моделирование, при котором работает схема: исследователь —
модель — объект изучения.
Например, чтобы получить представление об
энергетических потоках в экосистеме, необходимо представить себе
модель в виде пирамиды энергий или хотя бы пирамиды Элтона
и т. п. Здесь появляется промежуточный (вспомогательный)
объект изучения — модель.
Модель — это вспомогательный объект, находящийся в
определенном объективном соответствии с познаваемым
оригиналом и способный замещать его на отдельных этапах
познания. Моделирование — это разработка, исследование
модели и распространение модельной информации на оригинал
(Лиепа, 1982). Достоинства моделирования проявляются там,
где возможности традиционного подхода оказываются
ограниченными. Именно такой областью познания является
экология.
Модель должна соответствовать двум требованиям: 1) она
Должна отражать лишь те особенности оригинала, которые
Уступают в качестве предмета познания, и 2) она должна
быть адекватна оригиналу (иначе представления о нем будут
Искажены). Сам процесс моделирования, по И. Я. Лиепа
(1982), можно разделить на четыре этапа: качественный ана-
149
лиз, математическая реализация, верификация и изучение мо~
делей.
Первый этап моделирования — качественный анализ -.
является основой любого объектного моделирования. Нашего
основе формируются задачи и выбирается вид модели. Этот
этап обязан обеспечить соответствие модели двум
вышеуказанным требованиям. Вид модели выбирается исходя из
способа построения, из характера самого объекта и др.
По способу построения все модели делят на два класса:
материальные и абстрактные. Материальные модели по
своей физической природе сходны с оригиналом. Они могут
сохранить геометрическое подобие оригиналу (макеты,
тренажеры, искусственные заменители органов и т. д.), подобие
протекания физических процессов — физическое
моделирование (гидрологическая модель — течение воды и т. п.) и могут
быть природными объектами — прообразами оригинала, т. е.
натурными моделями (метод пробных участков).
Материальные модели используются обычно в технических целях и
мало подходят для экологических проблем. Более
подходящими для экологического моделирования являются
абстрактные модели, представляющие собой описание оригинала в
словесной форме или посредством символов и операций над
ними, отражающих исследуемые особенности оригинала.
Абстрактные модели подразделяются на три типа: вербальные,
схематические и математические.
Вербальные модели — это формализованный вариант
традиционного естественнонаучного описания в виде текста,
таблиц и иллюстраций (Федоров, Гильманов, 1980).
Схематические модели разрабатываются в виде различного рода схем,
рисунков, графиков и фотографий, основные их
достоинства — наглядность, информативность и простота построения
(трофические цепи, пирамида Элтона, схемы структуры,
динамики и энергетики экосистем, воздействия экологических
факторов, биохимических круговоротов и др.).
Вербальные и схематические модели — неотъемлемая
часть качественного анализа математического моделирования,
являющегося наиболее совершенным видом количественного
150
исследования оригинала, позволяющая построить его
математическую модель. «Математическая модель» — это
математическое описание оригинала, отражающее его целостность,
структуру, динамику, функционирование и взаимосвязи
оригинала, внешних и внутренних факторов воздействия» (Лие-
па, 1982). Это означает, что практически такая модель есть
формула или система уравнений и неравенств.
По своему характеру выделяют модели статические и
динамические. Статическая модель отражает объект (систему),
не изменяющий свое состояние во времени, а динамическая
модель отражает объект (систему), изменяющий свое
состояние во времени. Подавляющее большинство живых объектов
к систем — это динамические системы и могут быть
отражены только лишь динамическими моделями.
Второй этап моделирования — это математическая
реализация логической структуры модели. С точки зрения
технологии применения математических методов можно
выделить модели аналитические и численные (компьютерские).
Аналитическая модель —- это построение теоретических
концепций с применением строгого математического аппарата,
обычно позволяющего вывести общую формульную
зависимость. Компьютерские модели П. М. Брусиловский, Г. С. Ро-
зенберг (1981) делят на имитационные и
самоорганизующиеся.
Имитационные модели отражают представления
исследователя о взаимосвязях в экосистеме и как они реализуются.
Наилучшие результаты эти модели дают при составлении
прогноза изменений в экосистеме. Самоорганизующиеся модели
относятся к классу регрессионных уравнений, в них широко
используются вероятностно-статистические методы расчетов.
Третий этап моделирования предусматривает
верификацию модели: проверку соответствия модели оригиналу. На
Данном этапе необходимо удостовериться, что выбранная
модель отвечает второму требованию: адекватно отражает
особенности оригинала. Для этого может быть проведена
эмпирическая проверка — сравнение полученных данных с резуль-
татами наблюдений за оригиналом. Модель может быть при-
151
знана высококачественной, если прогнозы оправдываются
При отсутствии эмпирических данных проводится
теоретическая верификация — по теоретическим представлениям
определяется область применения и прогностические
возможности модели.
Четвертый этап моделирования — это изучение модели,
экспериментирование с моделью и экологическая
интерпретация модельной информации. Основная цель этапа —
выявление новых закономерностей и исследование возможностей
оптимизации структуры и управление поведением моделируемой
системы, а также пригодность модели для прогнозирования.
В экологии математические модели экосистем В. Д.
Федоров и Т. Г. Гильманов (1980) предлагают разделить на
модели популяционного, биоценотического и экосистемного
уровней. Популяционные модели описывают особенности
отдельных популяций, отражают их свойства и внутренние
закономерности: модели, позволяющие оценить динамику
численности и возрастного состава популяций в зависимости от
рождаемости и смертности, заданных как функции лишь от общей
плотности и возрастного состава популяций. Модели
биоценотического уровня задаются как системы уравнений,
отражающих динамику биоценоза как функцию плотностей
составляющих его популяций. Модели экосистемного уровня
представляют собой системы уравнений, в число аргументов которых
включены как внутренние переменные состояния, так и
внешние факторы воздействия и целостные свойства экосистем.
Модели данного уровня учитывают и роль обратных связей в
функционировании систем.
При построении любой модели главная задача — создать
модель достаточной полноты. Для этого необходимо стремиться
учесть все существенные факторы, влияющие на
рассматриваемые явления; уделить специальное внимание наличию в ней
противоречивых элементов, как одного из признаков полноты
модели; учесть возможность появления неизвестных
факторов, чтобы в случае необходимости дополнить модель новым
элементом.
Биология — одна из первых наук, в которой приоритетное
152
наЧение приобрел системный подход в изучении природы,
«первые в научной форме использованный Ч. Дарвином.
Особенно широко используются системные идеи в экологии. На
новую, более высокую ступень идеи системного подхода
поставлены в учении В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере,
где научному познанию предложен новый тип объектов —
глобальные системы. Такой глобальной экосистемой и является
биосфера, объединяющая на основе иерархического принципа
все экосистемы Земли более низких уровней.
Контрольные вопросы
/. Что понимается под экосистемой?
2. Пищевые взаимоотношения организмов и
трофическая структура экосистемы. Какие трофические
системы являются проводниками энергетических.
потоков в экосистемах?
3. Какое экологическое значение имеют продуцирование
и разложение в природе?
4. В чем состоит экологическое значение принципа
биологического накопления?
5. Что такое продуктивность экосистемы и уровни
продуцирования?
6 Что такое биомасса экосистемы и каковы
экологические последствия ее нестабильности?
?• Как отражается трофическая структура экосистем
экологическими пирамидами численности? биомассы?
продукции (энергии)?
°- Что такое цикличность экосистем, как и какими
факторами она обусловлена?
9- Что такое сукцессия и причины ее возникновения?
153
10. В чем сущность первичной и вторичной сукцессии? Эв-
трофирование.
11. Что понимается под сукцессионной серией и как
возникает климаксное сообщество?
12. Почему сообщество не может одновременно быть
высокостабильным и давать большой выход чистой
продукции?
13. Что такое системная экология и на каких методах
исследования она базируется? Дайте характеристику
основных системных принципов.
14. Какие типы моделей используются при экологическом
моделировании? Уровни математических моделей
экосистем.
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ -<^$^^$^8>ффф^^$х$х$х$х$>
УЧЕНИЕ
О БИОСФЕРЕ
Биосфера — это среда нашей жизни, это та
природа, которая нас окружает, о которой мы говорим в
разговорном языке. Человек — прежде всего —
своим дыханием, проявлением своих функций,
неразрывно связан с этой «природой», хотя бы он жил в
городе или в уединенном домике.
В. И. Вернадский
ГЛАВА 6
БИОСФЕРА —
ГЛОБАЛЬНАЯ ЭКОСИСТЕМА ЗЕМЛИ
§ 1. Биосфера
как одна из оболочек Земли
Биосфера (греч. bios — жизнь, sphaira — шар, сфера) —
сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами,
составляющими в совокупности живое вещество планеты. Это
°Дна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным
компонентом природной среды, окружающей человека.
155
Впервые термин «биосфера» был введен в науку геологом
из Австрии Э. Зюссом в 1875 г. Он понимал под биосферой
тонкую пленку жизни на земной поверхности. Роль и значение
биосферы для развития жизни на нашей планете оказались
настолько велики, что уже в первой трети XX в. возникло новое
фундаментальное научное направление в естествознании —
учение о биосфере, основоположником которого является великий
русский ученый В, И. Вернадский.
Земля и окружающая ее среда сформировались в
результате закономерного развития всей Солнечной системы. Около
4,7 млрд лет назад из рассеянного в протосолнечной системе
газопылеватого вещества образовалась планета Земля. Как и
другие планеты, Земля получает энергию от Солнца,
достигающую земной поверхности в виде электромагнитного
излучения. Солнечное тепло — одно из главных слагаемых
климата Земли, основа для развития многих геологических
процессов. Огромный тепловой поток исходит из глубин Земли.
По новейшим данным, масса Земли составляет 6-1021 т,
объем — 1,083-1012 км3, площадь поверхности — 510,2 млн км2.
Размеры, а следовательно, и все природные ресурсы нашей
планеты ограничены.
Наша планета имеет неоднородное строение и состоит из
концентрических оболочек (геосфер) — внутренних и внешних.
К внутренним относятся ядро, мантия, а к внешним —
литосфера (земная кора), гидросфера, атмосфера и сложная
оболочка Земли — биосфера.
Литосфера (греч. «литое» — камень) — каменная
оболочка Земли, включающая земную кору мощностью (толщиной)
от 6 (под океанами) до 80 км (горные системы) (рис. 6.1).
Земная кора сложена горными породами. Доля различных
горных пород в земной коре неодинакова — более 70%
приходится на базальты, граниты и другие магматические породы,
около 17% — на преобразованные давлением и высокой
температурой породы и лишь чуть больше 12% — на осадочные
(табл. 6.1).
Земная кора — важнейший ресурс для человечества. Она
содержит горючие полезные ископаемые (уголь, нефть,
горючие сланцы), рудные (железо, алюминий, медь, олово и др.)и
нерудные (фосфориты, апатиты и др.) полезные ископаемые,
156
Табл и ца 6.1
Соотношение горных пород земной коры
[ Название горных пород
Процент от общего объема
земной коры,
Магматические и метаморфические породы
Граниты, диориты, эффузивы
Гкристаллические сланцы, гнейсы
Базальты, габбро, амфиболы
20,86
16,91
50,34
Осадочные породы
Глины и глинистые сланцы
Пески и песчаники
Карбонатные породы
Прочие породы
4,48
3,56
3,57
0,28
Рис. 6.1. Схема строения литосферы
естественные строительные материалы (известняки, пески, гра-
Вий и др.).
Гидросфера (греч. «гидор» — вода) — водная оболочка
Земли- Ее подразделяют на поверхностную и подземную.
Поверхностная гидросфера — водная оболочка поверхност-
157
ной части Земли. В ее состав входят воды океанов, морей, озер
рек, водохранилищ, болот, ледников, снежных покровов и др
Все эти воды постоянно или временно располагаются на
земной поверхности и носят название поверхностных.
Поверхностная гидросфера не образует сплошного слоя и
прерывисто покрывает земную поверхность на 70,8%.
Подземная гидросфера — включает воды, находящиеся в
верхней части земной коры. Их называют подземными.
Сверху подземная гидросфера ограничена поверхностью земли,
нижнюю ее границу проследить невозможно, так как гидросфера
очень глубоко проникает в толщу земной коры.
По отношению к объему земного шара общий объем
гидросферы не превышает 0,13%. Основную часть гидросферы
(96,53%) составляет Мировой океан (табл. 6.2). На долю
подземных вод приходится 23,4 млн км3, или 1,69% от общего
объема гидросферы, остальное — воды рек, озер и ледников.
Таблица 6.2
Распределение вод на Земле
Части гидросферы
Мировой океан
Ледники и снега
(полярные и горные
области)
1 Подземные воды
1 Подземные льды в зоне
вечной мерзлоты
1 Озера
[Почвенная влага
[Пары атмосферы
[Болота
[Речные воды
Площадь
распространения,
тыс. км2
361 300
16 227
134 800
21000
2058
82 000
510 000
2 682
148 800 •
Объем
воды,
тыс, км3
1 138 500
24 064
23 400
300
176
16,5
12,9
11,4
2,1
Доля от
общих
мировых
запасов
воды, %
96,53 1
1.74 ]
1,69 1
0,023 |
0,014 И
0,001 П
0,001 ^J
0,0007 ^J
0,0002 ^J
Более 98% всех водных ресурсов Земли составляют
соленые воды океанов, морей и др. Общий объем пресных вод на
Земле равен 28,25 млн км3, или около 2% общего объема
гидросферы. Основная часть пресных вод сосредоточена в ледни-
158
ках, воды которых пока используются очень мало. На долю
остальной части пресных вод, пригодных для водоснабжения,
приходится 4,2 млн км3 воды, или всего лишь 0,3% объема
гидросферы.
Гидросфера играет огромную роль в формировании
природной среды нашей планеты. Весьма активно она влияет и на
атмосферные процессы (нагревание и охлаждение воздушных
масс, насыщение их влагой, и т. д.).
Атмосфера (греч. «атмос» — пар) — газовая оболочка
Земли, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и
пыли (табл. 6.3, по Н. Реймерсу, 1990). Общая масса
атмосферы — 5,15* 1015 т. На высоте от 10 до 50 км, с максимумом
концентрации на высоте 20—25 км, расположен слой озона,
защищающий Землю от чрезмерного ультрафиолетового облучения,
гибельного для организмов.
Таблица 6.3
Состав атмосферы
Элементы и газы
Азот
[Кислород
[Аргон
[Неон
[Гелий
[Криптон
[Водород
[Углекислый газ
Водяной пар :
в полярных широтах
у экватора
Озон :
в тропосфере
}-____в стратосфере
^етан
^кись^азота
Пекись углерода
Содержание в нижних слоях
атмосферы,
по объему
78,084
20,964
0,934
0,0018
0,000524
0,000114
0,00005
0,034
0,2
2,6
0,000001
0,001 - 0,0001
0,00016
0,000001
0,000008
по массе
75,5
23,14
1,28
0,0012
0,00007
0,0003
0,000005
0,0466
-
-
0,00009
0,0000003
0,0000078
Атмосфера физически, химически и механически
воздействует на литосферу, регулируя распределение тепла и влаги.
159
Погода и климат на Земле зависят от распределения тепла, дав.
ления и содержания водяного пара в атмосфере. Водяной пар
поглощает солнечную радиацию, увеличивает плотность воз-
духа и является источником всех осадков. Атмосфера
поддерживает различные формы жизни на Земле.
В формировании природной среды Земли велика роль
тропосферы (нижний слой атмосферы до высоты 8—10 км в
полярных, 10—12 км в умеренных и 16—18 км в тропических
широтах) и в меньшей степени стратосферы, области холодного
разреженного сухого воздуха толщиной примерно 20 км. Сквозь
стратосферу непрерывно падает метеоритная пыль, в нее
выбрасывается вулканическая пыль, а в прошлом — и продукты
ядерных взрывов в атмосфере.
В тропосфере происходят глобальные вертикальные и
горизонтальные перемещения воздушных масс, во многом
определяющие круговорот воды, теплообмен, трансграничный
перенос пылевых частиц и загрязнений.
Атмосферные процессы тесно связаны с процессами,
происходящими в литосфере и водной оболочке.
К атмосферным явлениям относят: осадки, облака, туман,
грозу, гололед, пыльную (песчаную) бурю, шквал, метель,
изморозь, росу, иней, обледенение, полярное сияние и др.
Атмосфера, гидросфера и литосфера тесно
взаимодействуют между собой. Практически все поверхностные экзогенные
геологические процессы обусловлены этим взаимодействием
и проходят, как правило, в биосфере.
Биосфера — внешняя оболочка Земли, в которую входят
часть атмосферы до высоты 25—30 км (до озонового слоя),
практически вся гидросфера и верхняя часть литосферы примерно
до глубины 3 км. Особенностью этих частей является то, что
они населены живыми организмами, составляющими живое
вещество планеты. Взаимодействие абиотической части
биосферы — воздуха, воды и горных пород и органического
вещества — биоты обусловило формирование почв и осадочных
пород. Последние, по В. И. Вернадскому, несут на себе следы
деятельности древних биосфер, существовавших в прошлые
геологические эпохи.
160
§ 2. Состав и границы биосферы
Биосфера, являясь глобальной экосистемой (экосферой),
каК и любая экосистема, состоит из абиотической и
биотической части.
Абиотическая часть представлена: I) почвой и
подстилающими ее породами до глубины, где в них еще есть живые
организмы, вступающие в обмен с веществом этих пород и
физической средой порового пространства; 2) атмосферным
воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни;
3) водной средой океанов, рек, озер и т. п.
Биотическая часть состоит из живых организмов всех
таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы, без
которой не может существовать сама жизнь: биогенный ток
атомов. Живые организмы осуществляют этот ток атомов
благодаря своему дыханию, питанию и размножению,
обеспечивая обмен веществом между всеми частями биосферы (рис. 6.2).
В основе биогенной миграции атомов в биосфере лежат два
биохимических принципа:
— стремиться к максимальному проявлению, к «всюдности»
жизни;
Рис. 6.2. Взаимосвязи живых организмов
с компонентами биосферы
161
— обеспечить выживание организмов, что увеличивает саму
биогенную миграцию.
Эти закономерности проявляются прежде всего в
стремлении живых организмов «захватить» все мало-мальски
приспособленные к их жизни пространства, создавая экосистему или
ее часть. Но любая экосистема имеет границы, имеет свои
границы в планетарном масштабе и биосфера.
При общем рассмотрении биосферы, как планетарной
экосистемы, особое значение приобретает представление о ее
живом веществе как о некой общей живой массе планеты.
Под живым веществом В. И. Вернадский понимал все
количество живых организмов планеты как единое целое. Его
химический состав подтверждает единство природы — он
состоит из тех же элементов, что неживая природа (рис. 6.3), только
Рис. 6.З. Участие различных химических элементов в построении
живого вещества атмосферы, гидросферы и литосферы
(относительные числа атомов) (по В. Лархеру, 1978). Выделены самые
распространенные элементы
162
с00тношение этих элементов различное и строение молекул
иное (рис. 6.4).
Живое вещество образует ничтожно тонкий слой в общей
массе геосфер Земли.
По подсчетам ученых, его масса составляет 2420 млрд т,
что более чем в две тысячи раз меньше массы самой легкой
оболочки Земли — атмосферы. Но эта ничтожная масса
живого вещества встречается практически повсюду — в настоящее
время живые существа отсутствуют лишь в области обширных
оледенений и в кратерах действующих вулканов.
«Всюдность жизни» в биосфере обязана потенциальным
возможностям и масштабу приспособляемости организмов,
которые постепенно, захватив моря и океаны, вышли на сушу и
захватили ее. В. И. Вернадский считал, что этот захват
продолжается.
Рис. 6.4. Структурные формулы
некоторых органических соединений
живой клетки
163
На рис. 6.5 наглядно показаны границы биосферы — от
высот атмосферы, где царят холод и низкое давление, до глубин
океана, где давление достигает 12 тыс. атм. Это стало
возможным потому, что пределы толерантности температур у
различных организмов — от абсолютного нуля до 180 °С, а некоторые
бактерии могут существовать в вакууме. Широк диапазон
химических условий среды для ряда организмов — от жизни в
уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации
(бактерии в котлах ядерных реакторов). Более того, выносливость
Рис. 6.5. Распределение живых организмов в биосфере:
1 — озоновый слой; 2 — граница снегов; 3 — почва; 4 — животные,
обитающие в пещерах; 5 — бактерии в нефтяных водах (высота и
глубина даны в метрах)
164
некоторых живых существ по отношению к отдельным
факторам выходит даже за пределы биосферы, т. е. у них есть еще
определенный «запас прочности» и потенциальные
возможности к распространению.
Однако все организмы выживают еще и потому, что везде,
где бы ни было их местообитание, существует биогенный ток
атомов. Этот ток не смог бы иметь места, во всяком случае, в
наземных условиях, если бы не было почв.
Почвы — важнейший компонент биосферы, оказывающий
наряду с Мировым океаном решающее влияние на всю
глобальную экосистему в целом. Именно почвы обеспечивают
питание биогенными веществами растения, которые кормят весь
мир гетеротрофов. Почвы на Земле разнообразны и их
плодородие тоже разное.
Плодородие зависит от количества гумуса в почве, а его
накопление, как и мощность почвенных горизонтов, зависит
от климатических условий и рельефа местности. Наиболее
богаты гумусом степные почвы, где гумификация идет быстро,
а минерализация медленно. Наименее богаты гумусом
лесные почвы, где минерализация по скорости опережает
гумификацию.
Выделяют по различным признакам множество типов почв.
Под типом почв понимается большая группа почв,
формирующихся в однородных условиях и характеризующаяся
определенным почвенным профилем и направленностью
почвообразования.
Поскольку важнейшим почвообразующим фактором
является климат, то, в значительной мере, генетические типы почв
совпадают с географической зональностью: арктические н
тундровые почвы, подзолистые почвы у черноземы, каштановые,
серо-бурые почвы и сероземы, красноземы и желтоземы.
Распространение основных типов почв на земном шаре показано
на рис. 6.6.
Время формирования почв зависит от интенсивности
гумификации. Скорость накопления гумуса в почвах можно
определить в единицах, измеряющих мощность (толщину)
гумусового слоя по отношению к времени их формирования, например
в мм/год. Такие цифры приводятся в табл. 6.4.
165
Рис. 6.6. Схематическая карта зональных типов почв мира:
— тундра; 2 — подзолы; 3 — серо-бурые подзолистые почвы, бурые лесные почвы и т.д.; 4 — латеритные почвы
> — почвы прерий и деградированные черноземы; б — черноземы; 7— каштановые и бурые почвы; 8 — сероземы
и пустынные почвы; 9 — почвы гор и горных долин (комплекс); 10 — ледяной покров
Зная скорость накопления гумуса и мощность гумусового
горизонта, можно рассчитать возраст различных типов почв
(Геннадиев, 1987). На Русской равнине черноземы
образовались за 2500—3000 лет, серые и бурые лесные почвы — за 800—
1000 лет, подзолистые — примерно за 1500 лет. Скорость
образования почв зависит и от типа материнской породы — на
гранитах во влажном тропическом климате для образования
настоящей почвы потребуется 20 000 лет.
Таблица 6.4
Скорость формирования гумусового горизонта
почв Русской равнины
(по А. Н. Геннадиеву и др., 1987)
Группа почв
Горно-луговые, горные лесо-луговые
1 Торфяно-глеевые, болотно-подзолистые
[Дерново-карбонатные, оподзоленные
Черноземы оподзоленные, типичные
Серые лесные, черноземы обыкновенные
Черноземы южные, темно-каштановые, дерново-
подзолистые
[Подзолы и типичные подзолистые
[Солонцы, светло-каштановые
Скорость,
мм / год
0,80-1,00
0,50-0,80
0,45-0,50
0,40 - 0,45
0,35-0,40
0,20-0,30
0,10-0,20
менее 0,10
Эти данные позволяют количественно оценивать
допустимый смыв при интенсивном антропогенном воздействии.
Одновременно они свидетельствуют, как легко можно разрушить
эту тонкую «коричневую пленку», и сколько нужно времени,
не считая затрат, чтобы восстановить утраченное.
Почва является граничным слоем между атмосферой и
биосферной частью литосферы. В нем наблюдается не просто
смешение живого и неживого компонентов природы, но и их
взаимодействие в рамках почвенной экосистемы. Главное
назначение этой экосистемы — обеспечение круговорота веществ в
биосфере.
167
§ Зе Круговорот веществ в природе
Основных круговоротов веществ в природе два: большой
(геологический) и малый (биогеохимический).
Большой круговорот веществ в природе
(геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с
глубинной энергией Земли и осуществляет перераспределение
вещества между биосферой и более глубокими горизонтами
Земли.
Осадочные горные породы, образованные за счет
выветривания магматических пород, в подвижных зонах земной
коры вновь погружаются в зону высоких температур и
давлений. Там они переплавляются и образуют магму —
источник новых магматических пород. После поднятия этих
пород на земную поверхность и действия процессов
выветривания вновь происходит трансформация их в новые
осадочные породы (рис. 6.7). Символом круговорота веществ
является спираль, а не круг. Это означает, что новый цикл круго-
Рис. 6.7. Большой круговорот веществ
168
ворота не повторяет в точности старый, а вносит что-то но-
Бое, что со временем приводит к весьма значительным из-
менениям.
Большой круговорот — это и круговорот воды между
сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с
поверхности Мирового океана (на что затрачивается почти
половина поступающей к поверхности Земли солнечной энергии),
переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые
вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и
подземного стока. Круговорот воды происходит и по более простой
схеме: испарение влаги с поверхности океана — конденсация
водяного пара — выпадение осадков на эту же водную
поверхность океана.
Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно
участвует более 500 тыс. км3 воды.
Круговорот воды в целом играет основную роль в
формировании природных условий на нашей планете. С учетом транс-
пирации воды растениями и поглощения ее в
биогеохимическом цикле, весь запас воды на Земле распадается и
восстанавливается за 2 млн лет (см. рис. 6.10).
Малый круговорот веществ в биосфере
(биогеохимический), в отличие от большого, совершается лишь в
пределах биосферы. Сущность его в образовании живого вещества
из неорганических соединений в процессе фотосинтеза и в
превращении органического вещества при разложении вновь в
неорганические соединения.
Этот круговорот для жизни биосферы — главный, и он
сам является порождением "жизни. Изменяясь, рождаясь и
умирая, живое вещество поддерживает жизнь на нашей
планете, обеспечивая биогеохимический круговорот веществ.
Главным источником энергии круговорота является
солнечная радиация, которая порождает фотосинтез. Эта энер-
гия довольно неравномерно распределяется по поверхности
земного шара. Например, на экваторе количество тепла,
приводящееся на единицу площади, в три раза больше, чем на
архипелаге Шпицберген (80° с.ш). Кроме того, она теряется
пУтем отражения, поглощается почвой, расходуется на транс-
169
пирацию воды и т. д. (рис. 6.8) а, как мы уже отмечали, на
фотосинтез тратится не более 5% от всей энергии, но чаще
всего 2—3 %.
В ряде экосистем перенос вещества и энергии
осуществляется преимущественно посредством трофических цепей.
Такой круговорот обычно называют биологическим (см.
рис. 5.1). Он предполагает замкнутый цикл веществ,
многократно используемый трофической цепью. Безусловно, он
может иметь место в водных экосистемах, особенно в планк-
I'iiiil'ii'.iii.'ilii'ii.'ii'iiJ'.'iii.'iiiSSs
Рис. 6.8. Поступление и распределение солнечной энергии в
пределах биосферы Земли
170
тоне с его интенсивным метаболизмом, но не в наземных
экосистемах, за исключением дождевых тропических лесов,
где может быть обеспечена передача питательных веществ
«от растения к растению», корни которых на поверхности
почвы.
Однако в масштабах всей биосферы такой круговорот
невозможен. Здесь действует биогеохимический круговорот,
представляющий собой обмен макро- и микроэлементов и
простых неорганических веществ (С02, Н20) с веществом
атмосферы, гидросферы и литосферы. Круговорот
отдельных веществ В. И. Вернадский назвал биогеохимическими
циклами. Суть цикла в следующем: химические элементы,
поглощенные организмом, впоследствии его покидают,
уходя в абиотическую среду, затем, через какое-то время,
снова попадают в живой организм, и т. д. Такие элементы
называют биофильными. Этими циклами и круговоротом в
целом обеспечиваются важнейшие функции живого
вещества в биосфере. В. И. Вернадский выделяет пять таких
функций:
— первая функция — газовая — основные газы атмосферы
Земли, азот и кислород, биогенного происхождения, как и все
подземные газы — продукт разложения отмершей
органики;
— вторая функция — концентрационная — организмы
накапливают в своих телах многие химические элементы, среди
которых на первом месте стоит углерод, среди металлов —
первый кальций, концентраторами кремния являются
диатомовые водоросли, йода — водоросли (ламинария),
фосфора — скелеты позвоночных животных;
~~ третья функция — окислительно-восстановительная —
организмы, обитающие в водоемах, регулируют кислородный
режим и создают условия для растворения или же
осаждения ряда металлов (V, Mn, Fe) и неметаллов (S) с
переменной валентностью;
^ цетвертая функция — биохимическая — размножение, рост
171
и перемещение в пространстве («расползание») живого4
вещества;
— пятая функция — биогеохимическая деятельность
человека — охватывает все разрастающееся количество веществ
земной коры, в том числе таких концентраторов углерода,
как уголь, нефть, газ и другие, для хозяйственных и
бытовых нужд человека.
В биогеохимических круговоротах следует различать две
части, или как бы два среза: I)резервный фонд — это
огромная масса движущихся веществ, не связанных с
организмами; 2) обменный фонд — значительно меньший, но весьма
активный, обусловленный прямым обменом биогенным
веществом между организмами и их непосредственным
окружением. Если же рассматривать биосферу в целом, то в ней
можно выделить: 1) круговорот газообразных веществ с
резервным фондом в атмосфере и гидросфере (океан) и 2)
осадочный цикл с резервным фондом в земной коре (в
геологическом круговороте).
В связи с этим следует отметить лишь
один-единственный на Земле процесс, который не тратит, а, наоборот,
связывает солнечную энергию и даже накапливает ее — это
создание органического вещества в результате фотосинтеза. В
связывании и запасании солнечной энергии и заключается
основная планетарная функция живого вещества на Земле.
§ 4. Биогеохимические циклы
ноиболее жизненно важных
биогенных веществ
Наиболее жизненно важными можно считать вещества, из
которых, в основном, состоят белковые молекулы. К ним
относятся углерод, азот, кислород, фосфор, сера.
Биогеохимические циклы углерода, азота и кислород3
(рис. 6.9) наиболее совершенны. Благодаря большим атмосфер-
172
Рис. 6.9. Схема биогеохимического круговорота веществ на суше
(по Р. Кашанову, 1984)
ным резервам они способны к быстрой саморегуляции. В
круговороте углерода, а точнее — наиболее подвижной его фор-
Мь* — С02, четко прослеживается трофическая цепь: продуцен-
ты, улавливающие углерод из атмосферы при фотосинтезе,
к°нсументы — поглощающие углерод вместе с телами
продуктов и консументов низших порядков,редуцентов —
возвращающих углерод вновь в круговорот. Скорость оборота СО, со-
173
Рис. 6.10. Темпы циркуляции веществ
(Клауд и Джибор, 1972)
ставляет порядка 300 лет (полная его замена в атмосфере)
(рис. 6Л0).
В Мировом океане трофическая цепь: продуценты
(фитопланктон) — консументы (зоопланктон, рыбы) — редуценты
(микроорганизмы) — осложняется тем, что некоторая часть
углерода мертвого организма, опускаясь на дно, «уходит» в
осадочные породы и участвует уже не в биологическом, а в
геологическом круговороте вещества.
Главным резервуаром биологически связанного углерода
являются леса, они содержат до 500 млрд т этого элемента, что
составляет 2/3 его запаса в атмосфере. Вмешательство
человека в круговорот углерода приводит к возрастанию содержания
С02 в атмосфере.
Скорость круговорота кислорода — 2 тыс. лет (рис. 6.10),
именно за это время весь кислород атмосферы проходит через
174
живое вещество. Основной поставщик кислорода на Земле —
зеленые растения. Ежегодно они производят на суше 53-109 т
кислорода, а в океанах — 414-109 т.
Главный потребитель кислорода — животные, почвенные
организмы и растения, использующие его в процессе дыхания.
Процесс круговорота кислорода в биосфере весьма сложен, так
как он содержится в очень многих химических соединениях.
Подсчитано, что на промышленные и бытовые нужды
ежегодно расходуется 23% кислорода, который высвобождается в
процессе фотосинтеза.
Предполагается, что в ближайшее время весь
продуцированный кислород будет сгорать в топках, а следовательно,
необходимо значительное усиление фотосинтеза и другие
радикальные меры.
Биогеохимический круговорот азота не менее сложен, чем
углерода и кислорода, и охватывает все области биосферы.
Поглощение его растениями ограничено, так как они усваивают
азот только в форме соединения его с водородом и
кислородом. И это при том, что запасы азота в атмосфере
неисчерпаемы (78% от ее объема). Редуценты (деструкторы), а конкретно
почвенные бактерии, постепенно разлагают белковые
вещества отмерших организмов и превращают их в аммонийные
соединения, нитраты и нитриты. Часть нитратов попадает в
процессе круговорота в подземные воды и загрязняет их.
Опасность заключается также и в том, что азот в виде
нитратов и нитритов усваивается растениями и может
передаваться по пищевым (трофическим) цепям.
Азот возращается в атмосферу вновь с выделенными при
гниении газами. Роль бактерий в цикле азота такова, что если
будет уничтожено только 12 их видов, участвующих в
круговороте азота, жизнь на Земле прекратится. Так считают
американские ученые.
Биогеохимический круговорот в биосфере, помимо
кислорода, углерода и азота, совершают и многие другие элементы,
Ходящие в состав органических веществ, — сера, фосфор,
железо и др.
Биогеохимические циклы фосфора и серы, важней-
ших биогенных элементов, значительно менее совершенны,
175
так как основная их масса содержится в резервном фонде
земной коры, в «недоступном» фонде.
Круговорот серы и фосфора — типичный осадочный
биогеохимический цикл. Такие циклы легко нарушаются от
различного рода воздействий и часть обмениваемого материала
выходит из круговорота. Возвратиться опять в круговорот
она может лишь в результате геологических процессов или
путем извлечения живым веществом биофильных
компонентов.
Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в
прошлые геологические эпохи. В биогеохимический
круговорот (рис. 6.11) он может попасть в случае подъема этих пород
из глубины земной коры на поверхность суши, в зону
выветривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде
широко известного минерала — апатита.
Общий круговорот фосфора можно разделить на две
части — водную и наземную. В водных экосистемах он
усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи
вплоть до консументов третьего порядка — морских птиц. Их
экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают в
круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море.
Из отмирающих морских животных, особенно рыб,
фосфор снова попадает в море и в круговорот, но часть скелетов
рыб достигает больших глубин и заключенный в них фосфор
снова попадает в осадочные породы.
В наземных экосистемах фосфор извлекают растения из
почв и далее он распространяется по трофической сети.
Возвращается в почву после отмирания животных и растений и с
их экскрементами. Теряется фосфор из почв в результате их
водной эрозии. Повышенное содержание фосфора на водных
путях его переноса вызывает бурное увеличение биомассы
водных растений, «цветение» водоемов и их эвтрофикацию.
Большая же часть фосфора уносится в море и там теряется
безвозвратно.
Последнее обстоятельство может привести к истощению
запасов фосфорсодержащих руд (фосфоритов, апатитов и др.)-
Следовательно, надо стремиться избежать этих потерь и не
176
Рис. 6.11. Круговорот фосфора в биосфере (по П. Дювиньо,
М. Тангу, 1973; с изменениями)
177
Рис. 6.12. Круговорот серы (по Ю.Одуму, 1975). «Кольцо» в центре
схемы иллюстрирует процесс окисления (О) и восстановление (R),
благодаря которым происходит обмен серы между фондом
доступного сульфата (S04) и фондом сульфидов железа, находящихся
глубоко в почве и в осадках
ожидать того времени, когда Земля вернет на сушу
«потерянные отложения».
Сера также имеет основной резервный фонд в
отложениях и почве, но в отличие от фосфора у нее есть резервный
фонд и в атмосфере (рис. 6.12). В обменном фонде главная
роль принадлежит микроорганизмам. Одни из них
восстановители, другие — окислители. .
В горных породах сера встречается в виде сульфидов (FeS2
и др.), в растворах — в форме иона (S042~), в газообразной фазе
в виде сероводорода (H2S) или сернистого газа (S02). В
некоторых организмах сера накапливается в чистом виде (S2) и при их
отмирании на дне морей образуются залежи самородной серы.
В морской среде сульфат-ион занимает второе место по
содержанию после хлора и является основной доступной формой
серы, которая восстанавливается автотрофами и включается в
состав аминокислот.
Круговорот серы, хотя ее требуется организмам в
небольших количествах, является ключевым в общем процессе про-
178
дуцирования и разложения (Ю. Одум, 1986). Например, при
образовании сульфидов железа фосфор переходит в
растворимую форму, доступную для организмов.
В наземных экосистемах сера возвращается в почву при
отмирании растений, захватывается микроорганизмами, которые
восстанавливают ее до H2S. Другие организмы и воздействие
самого кислорода приводят к окислению этих продуктов.
Образовавшиеся сульфаты растворяются и поглощаются
растениями из поровых растворов почвы — так продолжается
круговорот.
Однако круговорот серы, так же как и азота, может быть
нарушен вмешательством человека (рис. 6.12). Виной тому
прежде всего сжигание ископаемого топлива, а особенно угля.
Сернистый газ (S02t) нарушает процессы фотосинтеза и приводит
к гибели растительности.
Биогеохимические циклы легко нарушаются человеком.
Так, добывая минеральные удобрения, он загрязняет воду и
воздушную среду. В воду попадает фосфор, вызывая эвтрофи-
кацию, образуются азотистые высокотоксичные соединения и
др. Иными словами, круговорот становится не циклическим, а
ациклическим. Охрана природных ресурсов должна быть, в
частности, направлена на то, чтобы ациклические
биогеохимические процессы превратить в циклические.
Таким образом, всеобщий гомеостаз биосферы зависит от
стабильности биогеохимического круговорота веществ в
природе. Но являясь планетарной экосистемой, она состоит из
экосистем всех уровней, поэтому первоочередное значение для ее
гомеостаза имеют целостность и устойчивость природных
экосистем.
Контрольные вопросы
7. Что такое биосфера и чем она отличается от других
оболочек Земли?
2. Из чего состоят абиотическая и биотическая части
биосферы как глобальной экосистемы (экосферы)?
179
3. Что понимал В. И. Вернадский под живым веществом и
какие биохимические принципы лежат в основе
биогенной миграции?
4. Как происходит большой круговорот веществ и воды
в природе?
5. Как и какие важнейшие функции живого вещества
обеспечиваются посредством малого круговорота веществ
в природе?
6. Из каких частей состоит биогеохимический
круговорот веществ?
7. В чем особенности биогеохимических циклов
основных биогенных элементов?
ГЛАВА 7
ПРИРОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ ЗЕМЛИ
КАК ХОРОЛОГИЧЕСКИЕ ЕДИНИЦЫ
БИОСФЕРЫ
§ 1. Классификация природных
экосистем биосферы на ландшафтной
основе
Классификации природных систем биосферы базируются
на ландшафтном подходе, так как экосистемы —
неотъемлемая часть природных географических ландшафтов,
образующих географическую (ландшафтную) оболочку Земли.
Биогеоценозы (экосистемы) образуют на поверхности Земли так
называемую биогеосферу, являющуюся основой биосферы,
которую В. И. Вернадский называл «пленкой жизни», а В. Н.
Сукачев — «биогеоценотическим покровом».
«Биогеоценотический покров» В. Н. Сукачева — это не что
иное, как ряд природных экосистем, представляющих собой
пространственные (хорологические) единицы (части,
элементы) биосферы. Эти единицы, как правило, совпадают своими
границами с ландшафтными элементами географической обо-
лочки Земли.
Ландшафт — природный географический комплекс, в
котором все основные компоненты (верхние горизонты
литосферы, рельеф, климат, воды, почвы, биота) находятся в
сложном взаимодействии, образуя однородную по условиям
развития единую систему.
Ландшафтный подход в экологии имеет, прежде всего,
большое значение для целей природопользования. По проис-
181
хождению выделяют два осноьных типа ландшафтов —
природный и антропогенный.
Природный ландшафт формируется исключительно под
влиянием природных факторов и не преобразован
хозяйственной деятельностью человека. Изначально выделяли следующие
природные ландшафты:
— геохимический — участок, выделенный на основе единства
состава и количества химических элементов и соединений.
Интенсивность их накопления в ландшафте или, напротив,
скорость самоочищения ландшафта могут служить
показателями его устойчивости по отношению к антропогенным
воздействиям;
— элементарный — участок, сложенный определенными
породами, находящимися на одном элементе рельефа, в
равных условиях залегания грунтовых вод, с одинаковым
характером растительных ассоциаций и одним типом почв;
— охраняемый — ландшафт, на котором в установленном
порядке регламентированы или запрещены все или отдельные
виды хозяйственной деятельности (рис. 7.1).
Однако, как считают многие ученые, сейчас на суше
преобладают антропогенные ландшафты или, во всяком случае, по
распространенности они равны природным.
Антропогенный ландшафт — это бывший природный
ландшафт, преобразованный хозяйственной деятельностью
настолько что изменена связь его природных компонентов. Сюда
относятся ландшафты:
— агрокультурный (сельскохозяйственный) —растительность
в значительной степени заменена посевами и посадками
сельскохозяйственных и садовых культур;
— техногенный — структура обусловлена техногенной
деятельностью человека, связанной с использованием мощных
технических средств (нарушение земель, загрязнение
промышленными выбросами и т. п.); сюда же входит ландшафт
индустриальный, образующийся в результате воздействия на
среду крупных промышленных комплексов;
— городской (урбанистический) — с постройками, улицами и
парками.
Границы географической (ландшафтной) оболочки Земли
182
Рис. 7.1. Природный ландшафт. Тебердинский государственный
заповедник (Северный Кавказ)
183
совпадают с границами биосферы, но поскольку в географа
ческую оболочку входят и участки, где нет жизни, можно ус.
ловно принимать, что биосфера входит в ее состав.
Фактически же — это неразрывное единство, о чем свидетельствует и
ландшафтный подход при выделении типов природных
экосистем. Одним из таких примеров служит классификация по
Р. X. Уиттекеру, использованная им при оценке
продуктивности экосистем земного шара (табл. 7.1).
Главный источник энергии для ландшафтной оболочки,
как и для бисферы, — солнечная радиациия. Для биосферы
солнечная энергия — это прежде всего «движитель»
биогеохимических циклов биофильных элементов и главный
компонент фотосинтеза — источника первичной продукции. Как
видно из табл. 7.1, продуктивность биосферы складывается
из продуктивности различных природных экосистем
(одновременно и энергий ландшафтов).
Но энергия Солнца, обеспечивая эту продуктивность,
составляет лишь 2—3% от всей его энергии, достигшей
поверхности Земли. Остальная солнечная энергия расходуется на
абиотическую среду, если не считать достаточно активное участие
ее в процессах физико-химического разложения, опада и др.
Но абиотические факторы определяют вместе с биотическими
эволюционное развитие организмов и гомеостаз экосистем. В,
свою очередь растительный и животный мир — столь мощные
природные компоненты, что могут влиять на окружающую
среду и «переделать ее под себя», создавая определенную
микросреду (микроклимат). Все это свидетельствует о том, что
живая природа существует в едином энергетическом поле всего
ландшафта. Об этом говорит и распределение первичной
продукции на суше и в океане (рис. 7.2; Бигон и др., 1989).
Как видно из рис. 7.2, продуктивность различных типов
экосистем далеко не одинакова и занимают они разные по
величине территории на планете. Различия в
продуктивности связаны с климатической зональностью, характером
среды обитания (суша, вода), с влиянием экологических
факторов локального порядка и т. п., сведения о которых
излагаются ниже при характеристике природных экосистем как
хорологических единиц биосферы, классифицированных на
184
Таблица 7.1
Первичная биологическая продуктивность экосистем земного шара
( по Р. X. Уиттекеру, 1980 )
Типы экосистем
[Влажные тропические леса
[Тропические сезонные леса
[Вечнозеленые леса
[умеренного пояса
[Листопадные леса
умеренного пояса
Бореальные леса (тайга)
Лесо-кустарниковые
сообщества
Саванны
Лугостепи умеренного пояса
Тундра и высокогорье
Пустыни и полупустыни
Экстрем, пустыни, скалы,
пески и др.
Культивируемые земли
Болота и марши
Юзера и реки
Материковые экосистемы
к целом :
Открытый океан
[Зоны апвеллинга
[Континентальный шельф
№росли водорослей и рифы
[речные дельты (эстуарии)
Морские экосистемы в
щелом :
Средняя и общая
[Щ>рдуктивность биосферы
Площадь
106
км2
17
7,5
5,0
7,0
12,0
8,5
15,0
9,0
8,0
18,0
24,0
17,0
2,0
2,0
149,0
332,0
0,4
26,6
0,6
1,4
361,0
510,0
Чистая первичная
продукция,
г/м2
Колебания
1000-3500
1000-2500
600-2500
600-2500
400-2000
250-1200
200-2000
200-1500
10-400
10-250
0-10
100-3500
800-3500
100-1500
0-3500
2-400
400-1000
200-600
500-4000
200-3500
2-4000
0-4000
в
среднем
2200
1600
1300
1200
800
700
900
600
140
90
3
650
2000
250
773
125
500
360
2500
1500
152
333
Общая
чистая
продукция,
109 т/год
37,4
12,0
6,5
8,4
9,6
6,0
13,5
5,4
1,1
1,6
0,07
9,1
4,0
0,5
115
41,5
0,2
9,6
1,6
2,1
55
170
пРинципах так называемого биомного подхода. По Ю. Оду-
МУ (1986), биом — «крупная региональная и субконтиненталь-
Ная экосистема, характеризующаяся каким-либо основным
типом растительности или другой характерной особенностью
Ландшафта».
185
186
Рис. 7.2. Б — распределение чистой первичной продукции
(г С / м2 в год) в Мировом океане (Koblentz — Mishke et al., 1970)
Опираясь на эти представления, Ю. Одум предложил сле~
дующую классификацию природных экосистем биосферы (ца
рис. 7.3 — мировое распределение биомов):
I. Наземные биомы.
Тундра: арктическая и альпийская.
Бореальные хвойные леса.
Листопадный лес умеренной зоны.
Степь умеренной зоны.
Тропические степи и саванны.
Чапарралъ — районы с дождливой зимой и засушливым
летом.
Пустыня: травянистая и кустарниковая.
Полувечнозеленый тропический лес: выраженный влажный
и сухой сезоны.
Вечнозеленый тропический дождевой лес.
И. Типы пресноводных экосистем
Лентические (лат. lentes — спокойный): озера, пруды и т. д.
Лотические (лат. lotus — омывающий): реки, ручьи, родники.
Заболоченные угодья: болота и болотистые леса.
III. Типы морских экосистем
Открытый океан (пелагическая).
Воды континентального шельфа (прибрежные воды).
Районы апвеллинга (плодородные районы с продуктивным
рыболовством).
Эстуарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек,
соленые марши и т. д.
Границы распространения биомов определяются
ландшафтными компонентами материков, в названии, как правило,
доминирующая растительность (лесной, кустарниковый и т. п.)-
В водных экосистемах растительные организмы не
доминируют, поэтому за основу взяты физические признаки среды
обитания («стоячая», «текучая» вода, открытый океан и т. п.).
Как явствует из вышесказанного, биом — это экосистема-
которая совпадает своими границами с ландшафтами региональ-
188
Рис. 7.3. Мировое распределение основных видов биомов для растительного покрова (Ю. Одум, 1986).
Низкоширотные леса: 1 — тропический дождевой лес; 2 — осветленный тропический лес (полулистопадный); 4 — кустарники
и колючие леса. Среднеширотные леса: 3 — средиземноморский кустарниковый лес; 5 — широколиственный
и смешанный широколиственно-хвойные леса; 6 — хвойные леса. Злаковые сообщества: 7 — саванна; 8 — прерия;
9 — степь (тропические и средние широты). Пустыни: 10 — кустарниковая и полная; 11 — тундра; 12 — ледяной
покров; 13 — недифференцированные высокогорья (по Воронову, 1963)
ного уровня (рис. 7.3). Он состоит из тех же компонентов, чТо
и ландшафт, но главный компонент его — биота, и основное
внимание здесь уделяется процессам, создающим органическое
вещество, и биохимическому круговороту веществ.
§ 2. Наземные биомы (экосистемы)
Стабильная экосистема характеризуется равновесным
состоянием взаимосвязей между живыми организмами и
окружающей физической средой. Всеобщий гомеостаз такой
системы позволяет ей противостоять внешнему воздействию в
довольно широком диапазоне толерантности по отношению,
например, к климатическим факторам, тогда говорят об
экосистеме климатического климакса.
Климатический климакс является результатом
длительной сукцессионной серии экосистемы в данных
климатических условиях. Но, как известно, для Земли характерна
климатическая зональность, а отсюда и зональность наземных
экосистем, климаксная стадия которых будет определяться
конкретными климатическими факторами соответствующей
зоны. Известно, что кроме горизонтальной зональности
(рис. 7.3) климата в масштабе всего земного шара,
наблюдается еще и вертикальная, или высотная, зональность в
горных системах. У подножия горных систем климат
соответствует данной общегеографической зональности, при движении
вверх, в горы пояса будут меняться, как при движении с юга
на север. «Югом» будет являться климат подножия горной
системы (рис. 7.4).
Тундры характеризуются суровыми условиями для
произрастания: вегетационный период всего 2—2,5 месяца,
осадков мало — 200—300 мм, сильные ветры и ночью
температура падает ниже 0 °С даже летом, плюс к этому — вечная
мерзлота на глубине в несколько десятков сантиметров летом, а
зимой — оттаивающий летом слой промерзает полностью. Но
длительный фотопериод и низкая испаряемость значительно
снижают лимитирующее действие влажности и света.
190
Рис. 7.4. Схема, показывающая соответствие между
последовательными вертикальными и горизонтальными растительными зонами:
1 — тропическая зона — зона тропических лесов; 2 — умеренная
зона — зона лиственных и хвойных лесов; 3 — альпийская зона —
зона травянистой растительности, мхов и лишайников; 4 —
полярная зона — зона снегов и льдов
В тундре отсутствуют деревья и преобладают мхи и
лишайники. Кустарники многолетние зимнезеленые для более
полного использования светлой части года, подушкообразной
и стелющейся форм (кассиопея, брусника, вероника и др.) и
таких же форм карликовые растения с опадающими листьями
(черника, карликовая береза и т. п.).
Продуктивность наземных экосистем тундры
значительно ниже ряда других систем, но вместе с океаном они
способны прокормить перелетных птиц, насекомых, северных
оленей, овцебыков, медведей, волков, песцов и др.
Выше границы леса, в высоких горах есть небольшие
тундровые зоны, которые являются экологически сходными
районами с вышеописанной тундрой.
Бореальные хвойные леса распространены в северной
части умеренной климатической зоны (рис. 7.3). Это
хвойные леса северной части умеренного пояса северного полуша-
191
рия с суровыми зимними температурами — тайга. Таежные
сообщества представлены темнохвойными породами дереву
ев — ель, пихта, сибирская кедровая сосна (сибирский кедр) и
светлохвойными — лиственницей и сосной
(преимущественно на песчаных и супесчаных почвах).
Строение сообществ темнохвойных лесов довольно
простое: два-три древесных яруса, ярусы моховой, травяной или
травяно-кустарниковый. Затенение значительно, лесная
подстилка разлагается медленно.
Темнохвойные леса отличаются особой микросредой — нет
ветра, температура выше, чем на открытом месте, много
снега зимой, что помогает выживать животному населению в
суровую зиму.
Самые крупные животные в тайге: из хищников —
медведь, волк; из травоядных — лось. Большое значение в
хвойных лесах имеет семенной фонд и хвоя: семенами питаются
птицы, белки, бурундуки и другие мелкие грызуны, а
хвоей — насекомые.
Хвойные леса — самые крупные в мире поставщики
лесоматериалов. Они весьма продуктивны, несмотря на низкую
температуру в течение полугода, так как сплошной зеленый
покров, содержащий хлорофилл, сохраняется круглый год (см.
табл. 7.1, рис. 7.2).
Листопадные леса умеренной зоны
(широколиственные леса), расположенные южнее тайги, в отличие от нее, не
имеют сплошного распространения (рис. 7.3). Произрастают
они в условиях более мягкого климата, с осадками от 700 до
1500 мм/г, с умеренными температурами и четко
выраженными сезонами. В основном в листопадных лесах среди
древесной флоры доминируют бук и дуб. Благодаря опаду
листьев формируется мощная лесная подстилка, позволяющая
перезимовать многим беспозвоночным животным.
Ярусная структура широколиственных лесов намного
сложнее, чем у хвойных: до трех ярусов деревьев (дубравы),
двух ярусов кустарников и двух-трех ярусов трав.
Раскидистая крона, высокая дуплистость деревьев и хорошо
выраженная ярусность широколиственных лесов позволяют птицам
занимать свои экологические ниши на различных уровнях.
192
Среди насекомых много вредителей, которые наносят
большой вред лесам. Крупные животные в листопадных лесах, в
принципе, те же, что и в тайге: лоси, медведи, рыси, лисицы
й др., разнообразна и богата орнитофауна.
Листопадные леса — это те районы суши, где
человеческая цивилизация получила наибольшее развитие. Поэтому
трудно сейчас найти широколиственные нетронутые леса.
Большая их часть заменена культурными сообществами.
Биомасса широколиственных лесов близка к биомассе
южной тайги (см. табл. 7.1, рис. 7.2).
Степи умеренной зоны — открытые пространства
между лесами и пустынями с количеством осадков от 250 до 750
мм/г. Они занимают обширные пространства в Евразии, в
Северной Америке (прерии), на юге Южной Америки
(пампасы), в Австралии, Новой Зеландии (туссрки) (рис. 7.3).
Растительность в степях преимущественно ксерофильного
облика. Преобладают дерновинные злаки (дерновины,
образуются вследствие скученности стеблей). Много в степи
эфемеров, после отмирания наземных частей которых остаются
клубни, луковицы, подземные корневища. И наконец, для
степей характерны кустарники, которые поедаются
животными.
Среди животных в степях распространен парный и —
реже — колониальный образ жизни. Здесь много парных
животных (суслики, сурки, полевки и др.). Животные, которые
живут не в парах, образуют стада. Главную роль в биоценозе
степей играют копытные — сайгаки, ранее дикая лошадь —
тарпан. При умеренном выпасе животные копытами
разбивают скопления мертвой листвы на поверхности почвы, что
способствует дальнейшему росту трав. При перевыпасе
происходит деградация степной растительности и возникает, в
конечном итоге, так называемый «толок», когда практически
исчезают все многолетние травы, а следом за «толоком» — опус-
тынивание степей — растительность сменяется
малосъедобными полынями и другими еще более ксерофильными
формами.
Почвы степей достаточно резко отличаются от лесных почв
и» прежде всего, высоким содержанием гумуса — в пять-де-
193
сять раз выше. Злаки, по сравнению с деревьями, живут
недолго и в почву попадает большое количество органики в
виде гумуса, так как гумификация идет быстро в сухом
климате, а минерализация очень медленно. Так возникают самые
плодородные почвы — черноземы. На них вырастает
наиболее высокая чистая первичная продукция, или урожай,
культурных злаков — пшеницы, кукурузы и т. д.
В луговых степях России биомасса — 2500 ц/га, в сухих
степях — 1000 ц/га. Продуктивность ксерофильных сообществ
100—200 ц/га, при возрастании аридности — 50—100 ц/га
(Воронов, 1988).
Большая часть степей в настоящее время занята под
посевы зерновых культур, культурными пастбищами или
Древесной растительностью, сохраненной или культивированной
человеком.
Пустыня травянистая и кустарниковая наибольшие
площади занимает в Азии, Африке, Австралии, Северной и
Южной Америках, встречается она и в Европе (чаще
полупустыня) (см. рис. 7.3). Главный критерий пустыни — выпадение
осадков менее 200—250 мм/г, а испарение с открытой водной
поверхности более 1000 мм/г.
Почвы пустынь — сероземы и светло-бурые. Пустыни
обычно подразделяются по породам, на которых они
сформировались: глинистые, солончаковые, песчаные, каменистые.
Растения в пустынях представлены весьма ксерофильны-
ми травами и полукустарниками, суккулентами, а также
множеством эфемеров, которые используют только влажные
периоды. Растительность разрежена, из-за чего травоядные
животные существуют небольшими группами, парами и в
одиночку. Стада образуют лишь животные, способные быстро
находить новые участки с кормами (антилопы, некоторые
птицы).
Животные пустыни по-разному адаптированы к нехватке
воды: обладают особыми покровами, выделяют сухие
экскременты и т. д. Они могут образовывать и сохранять
метаболическую воду. Верблюды же приспособлены к повышенной
температуре тела, к высокой степени дегидратации тканей,
смертельной для других животных.
194
Земледелие в пустынях невозможно без орошения. При
орошении пустыня, с ее изобилием солнечного света, может
стать весьма продуктивной. По размерам фитомассы
пустыни разнообразны (см. табл. 7.1, рис. 7.2).
Чапарраль — это территории с мягким, умеренным
климатом. Количество осадков здесь 500—700 мм, но они
выпадают в период теплой зимы. Обильные зимние дожди
сменяются засушливым летом. Сообщества чапарраля состоят из
деревьев (лавр, вечнозеленые дубы) и кустарников с
желтыми толстыми вечнозелеными листьями. Они широко
распространены в Средиземноморье, вдоль южного берега
Австралии, в Калифорнии и Мексике (см. рис. 7.3).
В Австралии в лесах доминируют эвкалиптовые деревья и
кустарники. Деревья широко интродуцируются в других
местах этих биомов — в Калифорнии (США), в Колхидской
низменности (Грузия).
Тропические степи и саванны — это обычно древесног
кустарниковый тип растительности теплых областей в
центральной и Восточной Африке, в Южной Америке и
Австралии, с осадками от 900 до 1500 мм/г. Температура здесь
достаточно высокая круглый год и сезонность определяется только
распределением осадков — сезоны влажные (дождливые) и
сухие (засушливые). Это создает своеобразные условия для
существования фауны и флоры.
Деревья имеют часто толстую кору с мощным слоем
пробки: баобабы, акации, пальмы, древовидные молочаи
(экологические эквиваленты кактусов) и др. Травы представлены
высокими труднопроходимыми для человека густыми злаками.
В период засухи надземная часть злаков высыхает, листья
деревьев опадают. Цветут деревья в конце сухого сезона, а с
началом дождей распускается листва.
Саванна, в особенности африканская, не имеет себе
равных по разнообразию и численности популяций копытных —
антилопы, зебры, жирафы и др. На них охотятся такие
хищники, как львы, гепарды и др.
Разнообразны птицы, среди которых есть крупные
хищники и падальщики (грифы), а также самая крупная из птиц —
африканский страус. Здесь множество рептилий — змей и яще-
195
риц, активных в засушливый период, а также насекомые,
обилие которых приходится на дождливый сезон.
Среди насекомых много кровососущих — знаменитая
муха цеце и др. В Южной-Африке обитают насекомые —
переносчики возбудителей тяжелых болезней, поражающих
центральную нервную систему человека и животных, и других
опасных «тропических» болезней.
Полувечнозеленые сезонные (листопадные)
тропические леса распространены в областях с осадками 800—1300
мм/г с продолжительным сухим периодом в четыре — шесть
месяцев в году. Леса характерны для тропической части Азии,
Центральной Америки (см. рис. 7.3). Характерно, что в них
доминируют деревья верхнего яруса, которые сбрасывают
листья в сухой сезон, соответствующий зимнему периоду.
Нижний ярус представлен уже большей частью вечнозелеными
деревьями и кустарниками. Из вечнозеленых деревьев в этих
лесах хорошо известна пальма.
Вечнозеленые тропические дождевые леса
расположены вдоль экватора, в зоне, где 2000—2500 мм/г осадков
при достаточно равномерном распределении их по месяцам.
Дождевые леса расположены в трех основных областях:
1) крупнейший сплошной массив в бассейне Амазонки и
Ориноко в Южной Америке; 2) в бассейнах рек Конго,
Нигера и Замбези в Африке и на острове Мадагаскар; 3) Индо-
Малайской и островов Борнео — Новая Гвинея (рис. 7.3).
Годовой ход температур в этих областях достаточно
ровный и в ряде случаев снижает сезонные ритмы вообще или
сглаживает их.
В дождевых тропических лесах деревья образуют три
яруса: 1) редкие высокие деревья создают верхний ярус над
общим уровнем полога; 2) полог, образующий сплошной
вечнозеленый покров на высоте 25—35 м; 3) нижний ярус,
который четко проявляется как густой лес лишь в местах
просвета в пологе. Травянистая растительность и кустарники
практически отсутствуют. Но зато большое количество лиан и
эпифитов. Видовое разнообразие растений очень велико —
на нескольких гектарах можно встретить столько видов,
сколько нет во флоре всей Европы (Ю. Одум, 1986). Число
196
видов деревьев по разным учетам различно, но, видимо,
достигает 170 и более, хотя трав — не более 20 видов.
Количество видов межъярусных растений (лианы, эпифиты и др.)
вместе с травами насчитывают 200—300 и более.
Влажные тропические леса — это достаточно древние кли-
максные экосистемы, в которых круговорот питательных
веществ доведен до совершенства — они мало теряются и
немедленно поступают в биологический круговорот,
осуществляемый мутуалистическими организмами и неглубокими,
большей частью воздушными, с мощной микоризой,
корнями деревьев. Именно благодаря этому на скудных почвах так
пышно растут леса.
Не менее разнообразен, чем растительность, и животный
мир этих лесов. Большая часть животных, в том числе и
млекопитающих, существуют в верхних ярусах растительности.
Разнообразие видов животных можно проиллюстрировать
такими цифрами: на 15 км2 дождевого леса в Панаме
насчитывается 20 000 видов насекомых, а на такой же территории на
западе Европы их всего несколько сотен.
Из крупных животных тропических лесов назовем лишь
некоторые, наиболее известные: обезьяны, ягуары,
муравьед, ленивец, пума, человекообразные обезьяны, буйвол,
индийский слон, павлин, попугаи, кондор, королевский гриф и
многие др.
Для тропического леса характерна высокая скорость
эволюции и видообразования. Многие виды вошли в состав
более северных сообществ. Поэтому очень важно сохранить эти
леса как «ресурс генов».
Влажные тропические леса обладают большой биомассой
и самой высокой продуктивностью из биоценозов суши (см.
табл. 7.1).
Чтобы лес восстанавливался до состояния климакса,
требуется длительный суккцессионный цикл. Для ускорения
процесса предлагается, например, вырубать его узкими просеками,
оставляя растения, которые ценности для промышленности не
представляют, не нарушая при этом запас биогенов в корневых по-
Душках, и тогда обсеменение с незатронутых участков поможет
быстро восстановить лес до первоначального вида.
197
§ 3. Пресноводные экосистемы
Особенности и факторы пресноводных
местообитаний
Пресные воды на поверхности континентов образуют
реки, озера, болота (рис. 7.5). Человек для своих нужд создает
искусственные пруды и крупные водохранилища. Значит,
пресные воды могут находиться в текучем и относительно
неподвижном стоячем состоянии. Некоторые водоемы могут
переходить из одного состояния в другое. В связи с этим
пресноводные местообитания подразделяются на:
— лентические экосистемы — озера и пруды — стоячие
воды;
— лотические экосистемы — родники, ручьи, реки —
текучие воды;
— заболоченные участки, с колеблющимся уровнем по
сезонам и годам — марши и болота.
Составляя весьма малую часть от всех экосистем
биосферы, пресноводные экосистемы для человека имеют
непреходящее значение вследствие следующих особенностей:
1) пресные воды — практически единственный источник для
бытовых и промышленных нужд; 2) пресноводные
экосистемы представляют собой самую удобную и дешевую систему
переработки отходов; 3) уникальность термодинамических
свойств воды, способствующих уменьшению температурных
колебаний среды.
Лимитирующие факторы водной среды — температура,
прозрачность, течение, соленость и др. Многие животные,
живущие в воде, стенотермны, вследствие чего опасно
даже небольшое тепловое загрязнение среды. Для жизни в
водоемах очень важна прозрачность воды, мерой для
которой служит глубина зоны, в которой возможен фотосинтез
при проникновении солнечного света. Прозрачность может
быть разная — от нескольких сантиметров в очень мутных
водоемах, до 30—40 м в чистых горных озерах. Течение —
также важный лимитирующий фактор в лотических
экосистемах — влияет на распространение организмов и
содержание газов и солей.
198
Рис. 7.5. Пресноводные экосистемы: а — лентическая экосистема:
озеро Кара-Кёль, Тебердинскии заповедник (Северный Кавказ); б —
лотическая экосистема: река Урми, плёс (Хабаровский край)
199
Важнейшим лимитирующим фактором в водных
экосистемах является концентрация кислорода, чего нельзя
сказать о концентрации диоксида углерода, но который часто
бывает даже в избытке за счет антропогенного влияния,
лимитируя в «максимуме». Лимитирующими из биогенных
солей обычно бывают нитраты и фосфаты, иногда ощущается
недостаток кальция и некоторых других элементов.
На численности и расселении водных организмов, в
особенности рыб, сказывается пространственное разделение
пресных водоемов: в разных водоемах одни и те же экологиче-
кие ниши занимают рыбы разных видов.
Весьма существенна разница в концентрации солей у гид-
робионта и в окружающей водной среде, приводящая к
осмотическим явлениям на границе «организм — вода». В
зависимости от различий в концентрации солей в рыбе и воде,
жидкость в рыбе может быть гипертонична или гипотонии-
на (повышающая или понижающая давление в теле рыбы),
и то и другое ведет к гибели животного. Это главная
причина, почему пресноводные рыбы не могут жить в море, а
морские — в реке или пресном озере. Но есть рыбы, способные
жить в обеих средах (лосось и др.), потому что у этих
животных есть специальные механизмы осмотической регуляции.
Пищевые цепи в водоемах хорошо развиты и
представлены организмами всех трофических уровней. Продуценты
представлены автотрофами: фото- и хемосинтезирующими
микроорганизмами и водными растениями. Консументы —
полным набором от растительноядных и хищников
различных порядков до паразитов, и т. д. И, наконец, редуценты
(сапротрофы) отличаются значительным разнообразием,
которое связано с природой субстрата.
Водные организмы с экологических позиций можно
классифицировать и по местообитанию в водоеме. Бентос —
организмы, прикрепленные к дну, живущие в илистых
осадках и просто покоящиеся на дне. Перифитон — животные и
растения, прикрепленные к листьям и стеблям водных
растений или к другим выступам над дном водоема.
Планктон — организмы плавающие, зоопланктон даже активно
может перемещаться сам, но в целом они перемещаются с по-
200
мощью течения. Нектон — свободно перемещающиеся в
воде организмы — рыбы, амфибии и т. д.
Особое значение имеет распределение организмов по трем
зонам водоема (рис. 7.6). Литоральная зона — толща воды,
где солнечный свет доходит до дна. Лимническая зона —
толща воды до глубины, куда проникает всего 1 % от
солнечного света и где затухает фотосинтез. Эвфотической зоной
называют всю освещенную толщу воды в литоральной и лим-
нической зонах. Профундалъная зона — дно и толща воды,
куда не проникает солнечный свет.
В проточных водоемах последние три зоны не
выражены, хотя их элементы встречаются. Перекаты —
мелководные участки с быстрым течением; дно без ила,
преимущественно прикрепленные формы перифитона и бентоса.
Плесы — участки глубоководные, течение медленное, на дне
мягкий илистый субстрат и роющие животные.
Приведенные выше классификации имеют важное
значение в определении экологического положения того или
иного организма в сообществах.
Рис. 7.6. Три главные зоны в озере
201
Характеристика пресноводных экосистем
Лентические экосистемы в литоральной зоне содержат
два типа продуцентов: укрепившиеся в дне цветковые
растения и плавающие зеленые растения — водоросли, некоторые
высшие (рдесты) (рис. 7.7). Растения, укрепленные в дне,
образуют три концентрические зоны: 1) зона надводной
вегетации — фотосинтезирующая часть растений (камыши, рогозы
и др.) находится над водой, а биогенные элементы
извлекаются из донных осадков; 2) зона укрепленных в дне растений
с плавающими по воде листьями (кувшинки) — у них та же
роль, что и у растений первой зоны, но они могут затенять
Рис. 7.7. Некоторые продуценты лентических сообществ:
прибрежные растения, укореняющиеся в дне водоема (1—7), нитчатые
водоросли (8—9) и фитопланктон (10—20) (по Ю.Одуму, 1975)
202
нижние толщи воды; 3) зона подводной вегетации —
укорененные и прикрепленные растения, полностью находящиеся
под водой и осуществляющие фотосинтез и минеральный
обмен в водной среде (рдесты и прикрепленные водоросли —
харовые).
Животные, консументы более разнообразны в литорали,
чем в других зонах водоема. Перифитон представлен
моллюсками, коловратками, мшанками, личинками насекомых и др.
Многие животные нектона дышат кислородом атмосферного
воздуха (лягушки, саламандры, черепахи и др.). Рыбы
большую часть жизни проводят в литорали и здесь же
размножаются. Зоопланктон представлен ракообразными, имеющими
большое значение для питания рыб (дафнии и др.).
В сообществах лимнической зоны продуцентом является
фитопланктон. В водоемах умеренного пояса плотность его
популяции заметно изменяется по сезонам. Весной
«цветение» связано с массовым развитием приспособленных к
прохладной воде диатомитовых водорослей, летом — зеленых,
осенью — азотфиксирующих сине-зеленых водорослей.
Зоопланктон представлен растительноядными ракообразными
и коловратками, все другие — хищники. Нектон
лимнической зоны — это только рыбы.
Сообщества профундальной зоны существуют без света.
Фауна и флора здесь — в зоне поверхностного раздела
вода—ил, где накапливается органический материал, —
представлена бактериями и грибами (редуценты), а также бен-
тосными формами — личинками насекомых, моллюсками,
кольчатыми червями (консументами).
Количество красных кольчатых червей возрастает с
ростом загрязнения водоема сточными водами, т.е. по этому
показателю можно судить о степени загрязнения водоема.
Действие на сообщества стоячих водоемов таких
лимитирующих факторов, как содержание кислорода,
температуры и освещенности, зависит от специфических особенностей
этих водоемов — озер, прудов и искусственных
водохранилищ.
Озера — естественные пресноводные водоемы,
образовались геологически сравнительно недавно — за последние
203
несколько десятков тысяч лет, и лишь возраст некоторых из
них исчисляется миллионами лет, например Байкала.
Наличие у большинства озер профундальной зоны сказывается
на температурном режиме водной толщи, на ее
«перемешивании» и распределении кислорода в ней. Эти процессы сезон-
ны, как и стратификация озера по температурному режиму
(рис. 7.8).
Рис. 7.8. Температурная стратификация в озере
умеренной зоны Северного полушария
(оз. Линсли, Коннектикут, США;
по Ю. Одуму, 1975)
В озерах умеренного пояса в летнее время можно
выделить в вертикальном разрезе три зоны: эпилимнион — до
глубины, где происходит конвекция (циркуляция) воды;
термоклина — это промежуточная зона, где вода не смешивается с
водой верхней зоны; гиполимнион — область холодной воды,
где нет циркуляции.
Термоклина обычно расположена ниже границы
проникновения света, и запасы кислорода, в отрезанном от его
источников гиполимнионе, истощаются. Наступает летний
период стагнации. Осенью, вследствие выравнивания темпе-
204
ратур, происходит общее перемешивание воды и
обогащение гиполимниона кислородом. Зимой, когда температура
воды подо льдом становится ниже 4 °С, что снижает ее
плотность и снова приводит к стратификации озера и к зимней
стагнации. Весной, после таяния льда, температура воды
достигает 4 °С, она тяжелеет и снова происходит весеннее
перемешивание. Это классическая схема для водоемов
Евразии и Северной Америки. В полярных областях и
субтропиках общее перемешивание воды в водоемах бывает только
один раз в году: в первом случае — летом, во втором —
зимой. В водоемах тропиков перемешивание воды идет
постоянно, но медленно, а общее ее перемешивание происходит
редко и нерегулярно.
Цветение фитопланктона обычно приурочено к
перемешиванию, когда в фотической (освещенной) зоне появляются
воды, обогащенные природными биогенными компонентами. С
точки зрения продуктивности озера подразделяются на две
группы: 1) олиготрофные (малокормные) и 2) эвтрофные
(кормные). Продуктивность лентических экосистем зависит
также от поступающих веществ с окружающей суши и от
глубины озера (наиболее продуктивны мелкие озера).
Пруды обладают хорошо развитой литоралью, и
стратификация практически отсутствует; образуются они в
различных понижениях, часто временно пересыхают летом или в
засушливые годы. Фауна прудов способна переживать сухие
периоды в покоящемся состоянии или перебираться в другие
водоемы (земноводные). Естественные пруды
высокопродуктивны. В искусственных прудах, в основном, человек сам
подкармливает рыб.
Водохранилища создаются человеком при возведении
гидроэнергетических и гидромелиоративных комплексов. Это
уже не природная экосистема, а природно-техническая
система. Распределение тепла и биогенов в ней зависит от
типа плотины. Если вода сбрасывается придонная, то в этом
случае водохранилище аккумулирует тепло и экспортирует
биогенные вещества, если сброс идет поверх плотины, то
экспортируется тепло и аккумулируются биогены. В первом
205
случае спускается вода гиполимниона, во втором — эпи-
лимниона. Через глубоководные шлюзы в реку поступает и
более соленая вода, а биогены вызывают эвтрофикацию
участка реки.
Лотические экосистемы — реки — отличаются от
стоячих водоемов тремя основными условиями: 1) течения —
важный лимитирующий и контролирующий фактор; 2) обмен
между водой и сушей значительно более активен; 3)
распределение кислорода более равномерно, так как практически
отсутствует стратификация.
Скорость течения влияет на распределение рыб в реках —
они могут жить и под камнями, и в заводях, под перекатами,
но это будут разные виды, адаптированные к конкретным
условиям. Река — открытая экосистема, в которую поступает
с прилегающих пространств большое количество органического
вещества.
Детритное питание — основа трофических цепей
логических экосистем: более 60% энергии консументы получают
от привнесенного материала. Зато кислорода в реках
достаточно и содержание его в воде постоянно, что обусловило
узкую толерантность организмов по отношению к
кислороду •
Выделяют лотические сообщества перекатов и плесов. На
перекатах поселяются организмы, способные прикрепиться
к субстрату (нитчатые водоросли), или хорошие пловцы
(форель). На участках плеса сообщества напоминают прудовые.
В больших реках прослеживается продольная зональность:
в верховьях — сообщества перекатов, в низовьях и дельте —
плесов, между ними местами могут возникать и те и другие.
Продольная зональность подчеркивается изменениями
видового состава рыб. К низовьям видовой состав обедняется, но
увеличиваются размеры рыб.
Заболоченные пресноводные участки, обычно
собственно болота, — низинные и верховые. Низинные имеют,
как правило, питание подземными водами; а верховые —
атмосферными осадками. Верховые могут встречаться в любом
понижении или даже на склонах гор, низинные возникают
206
вследствие зарастания озер и речных стариц. Они покрыты
водными макрофитами, болотными растениями и
кустарниками.
Болотные почвы и торфяники содержат много углерода
(14—20%), сельскохозяйственная отработка которых приводит
к выделению в атмосферу большого количества углекислого
газа, что усугубляет С02-проблему.
§ 4. Морские экосистемы
Особенности и факторы морской среды
Морская среда занимает более 70% поверхности земного
шара. В отличие от суши и пресных вод — она непрерывна.
Глубина океана огромна (рис. 7.9). Жизнь в океане — во всех
его уголках, но наиболее она богата вблизи материков и
островов. В океане практически отсутствуют абиотические зоны,
несмотря на то, что барьерами для передвижения животных
являются температура, соленость, глубина.
Благодаря постоянно действующим ветрам — пассатам, в
океанах и морях происходит постоянная циркуляция воды за
счет мощных течений (Гольфстрим — теплое,
Калифорнийское — холодное, и др.), что исключает дефицит кислорода в
глубинах океана.
Наиболее продуктивны в Мировом океане области апвел-
линга. Апвеллинг — это процесс подъема холодных вод с
глубины океана там, где ветры постоянно перемещают воду прочь
от крутого материкового склона, взамен которой поднимается
из глубины вода, обогащенная биогенами. Там, где нет этого
подъема, биогенные элементы из погрузившихся органических
остатков на длительное время теряются в донных отложениях.
Высокопродуктивны и богаты биогенами, за счет привноса их
с суши, воды эстуариев. Ю. Одум (1975) называет это явление
аутвеллингом (см. табл. 7.1, рис. 7.2).
В прибрежной зоне весьма велика роль приливов,
вызванных притяжением Луны и Солнца. Они обусловливают замет-
207
ную периодичность в жизни сообществ («биологические
часы»).
Средняя соленость океана 35 г/л. Около 25% в ней
приходится на долю хлористого натрия, остальные соли — кальция,
магния и калия (сульфаты, карбонаты, бромиды и др.), десятки
других элементов составляют менее 1 %.
Для морских водоемов характерна устойчивая щелочная
среда: рН=8,2, но соотношение солей и сама соленость
изменяются. В воде солоноватых заливов устьев рек прибрежной
зоны, в целом снижаясь, величина солености значительно
колеблется по сезонам года. Поэтому организмы в прибрежной
зоне эвригалинны, в то время как в открытом океане — стено-
галинны.
Биогенные элементы — важный лимитирующий фактор
в морской среде, где их содержится несколько частей на
миллиард частей воды. К тому же время пребывания их в воде вне
организмов намного короче, чем натрия, магния и др.
Биогенные элементы быстро перехватываются организмами, попадая
в их трофические цепи, практически не достигнув
гетеротрофной зоны (биологический круговорот). Значит, низкая
концентрация биогенных элементов еще не говорит об их всеобщем
дефиците.
Главным фактором, который дифференцирует морскую био-
ту, является глубина моря. На рис. 7.9 схематически
изображен профиль дна и разрез водной толщи океана.
Материковый шельф резко сменяется материковым
склоном, плавно переходящим в материковое подножие, которое
опускается ниже к ровному ложу океана — абиссальной
равнине. Этим морфологическим частям океана примерно
соответствуют следующие зоны: неритическая — шельфу (в
пределах которой есть литораль, соответствующая приливно-отлив-
ной зоне), батиальная — материковому склону и его
подножию; абиссальная — области океанических глубин от 2000 до
5000 м. Абиссальная область разрезается глубокими
впадинами и ущельями, глубина которых более 6000 м. Область
открытого океана за пределами шельфа называют океанической.
Так же, как и в пресноводных лентических экосистемах, все
население океана делится иг планктон, нектон, бентос. Планк-
208
о
Рис. 7.9. Горизонтальная и вертикальная зональность в море (Хизен, Трап и Юнг, 1959; поперечный
разрез в районе Западной Атлантики, с изменениями)
тон и нектон, т.е. все, что живет в открытых водах, образует
так называемую пелагическую зону.
Самая верхняя часть океана, куда проникает свет и где
создается первичная продукция, называется эвфотической. Ее
мощность в открытом океане доходит до 200 м, а в
прибрежной части — не более 30 м. По сравнению с километровыми
глубинами это зона достаточно тонкая и отделяется
компенсационной зоной от значительно большей водной толщи, вплоть
до самого дна — афотической зоны.
Биотические сообщества каждой из указанных зон, кроме
эвфотической, разделяются на бентосные и пелагические. В
них кпервичным консументам относятся зоопланктон,
насекомых в море экологически заменяют ракообразные.
Подавляющее число крупных животных —хищники. Для моря
характерна очень важная группа животных, которую называют сессилъ-
ными (прикрепленными). Их нет в пресноводных системах.
Многие из них напоминают растения и отсюда их названия,
например, морские лилии. Здесь широко развиты мутуализм и
комменсализм. Все животные бентоса в своем жизненном цикле
проходят пелагическую стадию в виде личинок.
Характеристика морских экосистем
Область континентального шельфа, неритическая
область, если ее площадь ограничена глубиной до 200 м,
составляет около 8 % площади океана (29 млн км2) и является самой
богатой в фаунистическом отношении в океане. Прибрежная
зона благоприятна по условиям питания, даже в дождевых
тропических лесах нет такого разнообразия жизни, как здесь. Очень
богат кормом планктон за счет личинок бентосной фауны.
Личинки, которые остаются несъеденными, оседают на субстрат
и образуют либо эпифауну (прикрепленную) либо инфауну
(закапывающуюся).
Области апвеллинга расположены вдоль западных
пустынных берегов континентов. Они богаты рыбой и птицами,
живущими на островах. Но при изменении направления ветра
происходит спад «цветения» планктона и наблюдается массо-
210
вая гибель рыб вследствие развития бескислородных условий
(эвтрофикация).
Лиманы — это полузамкнутые прибрежные водоемы, они
представляют собой экотоны между пресноводными и
морскими экосистемами. Лиманы обычно входят в литоральную зону
и подвержены приливам и отливам.
Лиманы высокопродуктивны (см. табл. 7.1). Они
являются ловушками биогенных веществ. На протяжении
круглого года активны автотрофы: макрофиты (болотные и морские
травы, водоросли), донные водоросли, фитопланктон.
Лиманы служат для откорма молоди, богаты целым комплексом
морепродуктов (рыба, крабы, креветки, устрицы и т. п.).
Попадая в сферу хозяйственной деятельности человека, они
могут потерять свою продуктивность вследствие загрязнения
водной среды.
Океанические области, эвфотическая зона открытого
океана, бедны биогенными элементами. И в известной
степени, можно считать эти воды «пустынями» по сравнению с
прибрежными. Арктические и антарктические зоны намного
продуктивнее, так как плотность планктона растет при переходе
от теплых морей к холодным и фауна рыб и китообразных
здесь значительно богаче.
Фитопланктон является первичным источником энергии в
пищевых цепях пелагической области — продуцентом.
Крупные животные, и прежде всего рыбы, здесь являются
преимущественно вторичными консументами, питающимися
зоопланктоном. Продуцентом для зоопланктона являются как
фитопланктон, так и планктонные личинки моллюсков, морских
лилий и т. п.
Видовое разнообразие фауны снижается с глубиной и тем
не менее разнообразие рыб в абиссальной зоне велико,
несмотря на то, что она практически лишена продуцентов. Рыбы
имеют причудливую форму (рис. 7.10), большие рты и
растягивающиеся животы, и т. п. — все приспособлено к глотанию
пищи любого размера в полной темноте. Разнообразие же
связано со стабильностью условий в абиссальной зоне в течение
длительного геологического времени, что замедлило эволюцию
и сохранило многие виды из далеких геологических эпох.
211
Рис. 7.10. Некоторые рыбы — представители абиссали:
1 — Stomias; 2 — Argyropelecus; 3 — Gonostoma; 4 — Malacosteus;
5 — Idiacanthus; 6 — Chauliodus (по Р. Бертэну)
Экосистемы глубоководных рифтовых зон океана
находятся на глубине около 3000 м и более, в сплошной темноте,
где невозможен фотосинтез, преобладает сероводородное
заражение, есть выходы горячих подземных вод, высокие
концентрации ядовитых металлов; живые организмы здесь
представлены гигантскими червями (погонофорами), живущими в
трубках, крупными двустворчатыми моллюсками, креветками,
крабами и отдельными экземплярами рыб. Продуцентами здесь
выступают сероводородные бактерии, живущие в симбиозе с
моллюсками. Хищники представлены крабами, брюхоногими
моллюсками и некоторыми рыбами.
Океан является колыбелью жизни на планете и еще мно-
212
жество загадок хранят его водные толщи и океаническое ложе.
Появление жизни в океане более 3 млрд лет тому назад
положило начало формированию биосферы. И сейчас, занимая
более 70% поверхности Земли, он определяет во многом, в
сочетании с материковыми экосистемами, целостность
современной биосферы Земли.
§ 5. Целостность биосферы
как глобальной экосистемы
Целостность любой сложной системы, например,
организма, популяции, биотических сообществ, есть
обобщенная характеристика этой системы или объекта (см. главу 5).
Закон целостности биосферы можно сформулировать
так: биогенный ток атомов между компонентами биосферы
связывает их в единую материальную систему, в которой
изменение даже одного звена влечет за собой сопряженное
изменение всех остальных. Следовательно, целостность
биосферы обусловлена непрерывным обменом вещества и
энергии между ее составными частями.
Представление о целостности обусловлено глубиной
предшествующих познаний об объекте. Так, с экологических
позиций представления о целостности организма как
индивидуума с большей полнотой можно говорить, рассматривая
его на популяционном уровне, а наиболее целостные
представления об экологических особенностях популяций можно
выявить только на основе их взаимоотношений в биоценозе.
Если рассматривать эту цепочку дальше, то окажется, что
нельзя получить достаточно целостную картину
взаимоотношений сообществ, если не изучать биоценоз в одной
системе с биотопом, т. е. мы придем к системе с еще большей
экологической информацией — биогеоценозу, или
экосистеме, и т. д.
Характеристика природных экосистем, приведенная
выше, показывает, что экосистемы и ландшафты представляют
213
в целом единое энергетическое поле, а это значит:
целостность биосферы это и целостность ландшафтной оболочки
Земли и, соответственно, наоборот — целостность ландшафтной
оболочки обеспечивает и целостность биосферы.
Изменения в общей энергетике ландшафта, например
изменение количества осадков и температуры, влечет за собой
и сопряженные изменения всех звеньев в биосферной его
части — возникает цепная реакция.
Примером действия закона целостности являются
процессы, происходящие в экосистемах пустыни Атакама и
прилегающей к ней части океана.
Пустыня Атакама находится на западном побережье
Южной Америки и пустынность ее обусловлена холодным
Перуанским течением (количество осадков 10—50 мм/г).
Холодные же океанские воды (зона апвеллинга) богаты фито-
и зоопланктоном и, конечно, рыбой, но примерно раз в 8—
12 лет от экватора начинает распространяться теплое
течение Эль-Ниньо. Приход этих бедных кислородом
малопродуктивных вод приводит к катастрофическому изменению
экосистемы: рыба (анчоусы), которую здесь вылавливают
до 12 млн т/г, практически исчезает (улов падает до 1,8
млн т), морские птицы, питающиеся рыбой, гибнут или
улетают. Особенно отрицательно влияние Эль-Ниньо на
морских животных сказалось в 1982 г.: в районе Галапагосских
островов на 30—40% сократилось число птиц, на 78% —
галапагосских пингвинов, почти полностью погибли
морские котики.
В этот же период над пустыней Атакама разражаются
тропические ливни, вызывающие мощные наводнения,
появляются растения-эфемеры и масса насекомых. Пустыня
«цветет». Такое состояние может продолжаться три-четыре и
даже до пяти-шести месяцев, но затем снова теплое течение
Эль-Ниньо отодвигается к экватору, в район Галапагосских
островов, а холодное Перуанское — занимает свое обычное
место. И все природные процессы развиваются в обратном
направлении.
Изучение этого явления в течение многих десятилетий
214
показало, что оно влияет на значительно большую часть
биосферы — выпадение осадков в Атакаме приводит к засухе,
например, в Судане, Эфиопии.
Все это показывает, что при решении практических
задач рационального природопользования, необходимо
учитывать закон целостности. Наиболее ярким примером
несоблюдения закона целостности служит деградация экосистемы
Приаралья. Но в отличие от приведенного примера
опустынивание Приаралья и обмеление Аральского моря —
процессы не циклические и не природные, а практически
необратимые антропогенные (ациклические). Такие примеры
глобального воздействия человека на биосферу далеко не
единичны, и в результате антропогенные ландшафты, по
различным данным, занимают около половины или даже более
половины территории суши.
Ландшафтная оболочка Земли эволюционировала вместе
с эволюцией земной коры, но вместе с тем ее облик — это
результат эволюции биосферы в целом. Именно эволюции
биосферы мы обязаны богатейшим разнообразием живой
природы и самому существованию человечества.
Контрольные вопросы
/. Что такое ландшафт и в чем суть ландшафтного
подхода в экологии?
2. В чем отличие природных ландшафтов от
антропогенных? Приведите классификацию ландшафтов.
3. Что такое биомы и как они взаимосвязаны с
ландшафтами? Приведите классификацию биомов.
4. Какие основные признаки лежат в основе выделения
наземных биомов? Дайте характеристику основным
наземным биомам.
5. Почему пресноводные экосистемы имеют
непреходящее значение для человека?
215
6. В чем состоят особенности пресноводных
местообитаний и как классифицируются гидробионты по этому
признаку?
7. Какое влияние на жизнь водоемов оказывают сезонные
явления: стратификация озер и перемешивание воды в
них?
8. От чего зависит распределение биогенных веществ в
водохранилищ е ?
9. Какими экологическими условиями отличаются реки от
стоячих водоемов?
10. Какими особенностями морская среда отличается от
пресноводной? Охарактеризуйте профиль дна и
разрез водной толщи океана.
11. В чем заключаются экологические особенности
морских экосистем?
12. Чем обусловлена целостность биосферы?
Сформулируйте закон целостности биосферы.
13. Почему возникает «цепная реакция» в биосфере?
14. К чему приводят циклические и ациклические
процессы в биосфере?
ГЛАВА 8
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ
ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ
§ 1. Учение В. И. Вернадского о биосфере
По современным представлениям, биосфера — это
особая оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых
организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в
непрерывном обмене с этими организмами.
Эти представления базируются на учении В. И.
Вернадского (1863—1945) о биосфере, являющимся крупнейшим из
обобщений в области естествознания в XX в. Исключительная
значимость его учения во весь рост проявилась лишь во второй
половине прошлого века. Этому способствовало развитие
экологии, и прежде всего глобальной экологии, где биосфера
является основополагающим понятием.
Учение В. И. Вернадского о биосфере — это целостное
фундаментальное учение, органично связанное с важнейшими
проблемами сохранения и развития жизни на Земле,
знаменующее собой принципиально новый подход к изучению планеты
как развивающейся саморегулирующейся системы в прошлом,
настоящем и будущем.
По представлениям В. И. Вернадского, биосфера
включает живое вещество (т. е. все живые организмы), биогенное
(уголь, известняки, нефть и др.), косное (в его образовании
живое не участвует, например магматические горные
породы), биокосное (создается с помощью живых организмов), а
также радиоактивное вещество, вещество космического
происхождения (метеориты и др.) и рассеяние атомы. Все эти
217
семь различных типов веществ геологически связаны между
собой.
Сущность учения В. И. Вернадского заключена в признании
исключительной роли «живого вещества», преобразующего
облик планеты. Суммарный результат его деятельности за
геологический период времени огромен. По словам В. И.
Вернадского, «на земной поверхности нет химической силы более
постоянно действующей, а потому более могущественной по своим
конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в
целом». Именно живые организмы улавливают и преобразуют
лучистую энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие
нашего мира.
Вторым главнейшим аспектом учения В. И. Вернадского
является разработанное им представление об
организованности биосферы, которая проявляется в согласованном
взаимодействии живого и неживого, взаимной приспособляемости
организма и среды. «Организм, — писал В. И. Вернадский, —
имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен,
но которая приспособлена и к нему» (В. И. Вернадский, 1934).
В. И. Вернадский обосновал также важнейшие
представления о формах превращения вещества, путях биогенной
миграции атомов, т. е. миграции химических элементов при
участии живого вещества, накоплении химических элементов, о
движущих факторах развития биосферы и др.
Важнейшей частью учения о биосфере В. И. Вернадского
являются представления о ее возникновении и развитии.
Современная биосфера возникла не сразу, а в результате
длительной эволюции (табл. 8.1) в процессе постоянного
взаимодействия абиотических и биотических факторов. Первые
формы жизни, по-видимому, были представлены анаэробными
бактериями. Однако созидательная и преобразующая роль
живого вещества стала осуществляться лишь с появлением в
биосфере фотосинтезирующих автотрофов — цианобактерий и си-
незеленых водорослей (прокариотов), а затем и настоящих
водорослей и наземных растений (эукариотов), что имело
решающее значение для формирования современной биосферы.
Деятельность этих организмов привела к накоплению в био-
218
Таблица 8.1
Эволюция биосферы и ее основных составляющих
(по Ф. Рамаду, 1981)
Время,
| число лет
5х109
4.5 х109
ЗхЮ9
2 х 109
Геологическая
эпоха
Ранний архей
Докембрий
Биосфера
Первые бактерии
Первые
организмы,
способные к
фотосинтезу
Быстрый рост
фитопланктона
Литосфера
Формирование
Солнечной
системы.
Наиболее
древние породы
Вулканизм
Докембрийское
оледенение
Гидросфера
Конденсация
океана
Появление
кислорода из
оксидов железа
Атмосфера
Свободный
кислород
отсутствует
Содержание
кислорода
составляет 1%
современного
значения.
Образование
озонового слоя
Продолжение табл. 8.1
Время,
1 число лет
7х108
5х108-
2,25 х 108
108-
7х107
Геологическая
эпоха
Палеозойская эра
Мезозойская эра
Биосфера
Появление
многоклеточных
Появление
сосудистых растений
и насекомых
Появление
млекопитающих
Появление
покрытосеменных
растений
Литосфера
Оледенение
Сахары.
Образование
каменноугольных
отложений
Вулканизм
Отложение мела
и гипса в
осадочных породах
Гидросфера
Увеличение
объема океана
Атмосфера
Содержание ки- 1
слорода
составляет 3—10%
современного
Содержание
кислорода
увеличивается
Окончание табл. 8.1
Время,
число лет
5х107
2х107
107
ПО6
Геологическая
эпоха
Кайнозойская эра
Эоцен
Олигоцен
Миоцен
Плиоцен
Четвертичный
период
Биосфера
Появление
злаковых
Увеличение
видового
разнообразия
млекопитающих.
Первый примат
по линии
антропоидов.
Первый из
известных
человекообразных.
Оледенение
Литосфера
Образование
бурого угля.
Вулканизм
Гидросфера
Уровень моря на
120 м ниже
современного
Атмосфера
Процентное
содержание
кислорода
близко к
современному
Содержание
кислорода
соответствует
современному
сфере свободного кислорода, что рассматривается как один из
важнейших этапов эволюции.
Параллельно развивались и гетеротрофы, и прежде
всего — животные. Главными датами их развития являются
выход на сушу и заселение материков (к началу третичного
периода) и, наконец, появление человека.
В сжатом виде идеи В. И. Вернадского об эволюции
биосферы могут быть сформулированы следующим образом:
1. Вначале сформировалась литосфера — предвестник
окружающей среды, а затем после появления жизни на суше —
биосфера.
2. В течение всей геологической истории Земли никогда
не наблюдались азойные геологические эпохи (т. е.
лишенные жизни). Следовательно, современное живое вещество
генетически связано с живым веществом прошлых
геологических эпох.
3. Живые организмы — главный фактор миграции
химических элементов в земной коре, «по крайней мере, 90% по
весу массы ее вещества в своих существенных чертах
обусловлено жизнью» (В. И. Вернадский, 1934).
4. Грандиозный геологический эффект деятельности
организмов обусловлен тем, что их количество бесконечно
велико и действуют они практически в течение бесконечно
большого промежутка времени.
5. Основным движущим фактором развития процессов в
биосфере является биохимическая энергия живого вещества.
Венцом творчества В. И. Вернадского стало учение о
ноосфере, т. е. сфере разума.
В целом, учение о биосфере В. И. Вернадского заложило
основы современных представлений о взаимосвязи и
взаимодействии живой и неживой природы. Практическое значение
учения о биосфере огромно. В наши дни оно служит естест-.
веннонаучной основой рационального природопользования и
охраны окружающей среды.
222
§ 2. Биоразнообразие биосферы
как результат ее эволюции
В относительно короткие промежутки развития экосистем
(сукцессии), и в долговременной эволюции таких экосистем,
как биосфера, на протекающие в них процессы оказывают
влияние: 1) аллогенные (внешние) факторы — геологические и
климатические; 2) автогенные (внутренние) процессы,
обусловленные только живым компонентом. Благодаря
действию и взаимодействию этих факторов сформировалось
биологическое разнообразие на внутривидовом, межвидовом
и на биосферном уровнях. Основа устойчивости биосферы
(экосферы) — разнообразие составляющих ее экосистем.
Данные космохимии метеоритов и астероидов
свидетельствуют о том, что образование органических соединений в
Солнечной системе на ранних стадиях ее развития было типичным
и массовым явлением (Войткевич, Вронский, 1996).
Простейшие анаэробы, из которых состояли первые на Земле
экосистемы, образовались из этих органических веществ и,
возможно, других, синтезируемых под действием мощного
ультрафиолетового излучения. Тогда еще не было кислорода в
атмосфере и, следовательно, озонового слоя, который сейчас
является преградой для этого излучения.
Указанные выше простейшие анаэробы (дрожжеподобные)
возникли более 3,5 млрд лет назад, жизнь в это время в
бескислородной атмосфере могла существовать только под защитой
от ультрафиолетового излучения слоем воды. Питались эти
простейшие биофильными веществами, которые содержались в
избытке в горячих источниках мелких водоемов. Питательные
же органические вещества для этих простейших создал
космический синтез.
Таким образом, древнейшая биосфера возникла в
гидросфере, существовала в ее пределах и носила гетеротрофный характер.
Но закон «всюдности жизни» диктовал свои условия и
размножающиеся организмы осуществляли экспансию в различные
области обитания. Экспансия и «давление» отбора, обусловленные
223
еще и скудностью пищи, в конечном итоге привели к
возникновению фотосинтеза около 3,5 млрд лет назад (см. табл. 8.1).
Первыми автотрофами стали прокариоты — синезеленые
водоросли и, возможно, цианобактерии. Затем 1,5—2 млрд
лет тому назад появились первые одноклеточные эукариоты
и, в результате изначального господства r-отбора, произошел
мощный популяционный взрыв автотрофных водорослей, что
привело к избытку в воде кислорода и к его выделению в
атмосферу. Произошел переход восстановительной атмосферы
в кислородную, что способствовало развитию эукариотических
организмов и появлению многоклеточных около 1,4 млрд лет
назад.
В начале кембрийского периода, примерно 600 млн лет
назад, содержание кислорода в атмосфере достигло 0,6%, а
затем произошел еще один эволюционный взрыв —
появились новые формы жизни — губки, кораллы, черви,
моллюски. Уже к середине палеозоя содержание кислорода
впервые стало близко к современному, и к этому времени жизнь
не только заполнила все моря, но и вышла на сушу.
Растительный покров, достаточное количество кислорода и
питательных веществ в дальнейшем привели к возникновению
таких крупных животных, как динозавры, млекопитающие
и, наконец, человек. Но, несмотря на обилие автотрофов, в
конце палеозоя, примерно 300 млн лет назад, содержание
кислорода в атмосфере упало до 5 % от современного уровня
и повысилось содержание углекислого газа. Это привело к
изменению климата, снижению интенсивности процессов
размножения и, как следствие, к бурному накоплению массы
отмерших органических веществ, что создало запасы
ископаемого топлива (каменный уголь, нефть). Затем содержание
кислорода стало снова повышаться и с середины мелового
периода, примерно 100 млн лет назад, отношение 02/С02
близко к современному, хотя и испытывало колебания в
определенных пределах.
Такое состояние легко изменить. Например, человек,
создав избыток С02, может сделать это неустойчивое равновесие
еще более нестабильным.
224
Из истории развития атмосферы ясно, что человек
абсолютно зависим от других организмов, населяющих среду, в
которой он обитает. Только от их жизнедеятельности и от их
разнообразия зависит стабильность атмосферы и,
следовательно, биосферы.
Ю. Одум (1975) считает, что «с экологической точки
зрения эволюцию биосферы, по-видимому, можно сравнить с
гетеротрофной сукцессией, за которой последовал автотрофный
режим». Но до сих пор, несмотря на 4 млрд лет эволюции,
таксономический состав систем еще не стабилизировался.
Биоразнообразие экосферы продолжает совершенствоваться за
счет большого резерва в эволюции сообществ. На этом
уровне ведущая роль принадлежит сопряженной эволюции и
групповому отбору.
Сопряженная эволюция, или коэволюция, рассмотренная
нами на внутри- и межвидовом уровнях, отличается тем, что
при ней обмен генетической информацией минимален. На
уровне сообществ можно рассматривать селективные
воздействия между группами организмов, находящихся в
экологическом взаимодействии: растения и растительноядные
животные, крупные организмы и мелкие симбионты, паразит —
хозяин, хищник — жертва и т. д. Особенно интересна
сопряженность эволюции растений и насекомых фитофагов. Она
приводит к тому, что растения синтезируют побочные
вещества, совершенно ненужные для их роста и развития, но
необходимые для защиты от насекомых-фитофагов.
Эта способность растений, видимо, развивает у них
устойчивость к инсектицидам. В естественных условиях
растения и фитофаги, которые тоже приспосабливаются к их
защите, эволюционируют вместе. Здесь работает «генетическая
обратная связь», которая ведет к высокому разнообразию
растений (например, в тропиках), к гомеостазу популяций и
сообществ внутри экосистемы.
Групповой отбор — это естественный отбор в группах
организмов, но не обязательно связанных тесными мутуалисти-
ческими связями. Это весьма сложное и во многом спорное
явление. Но в первом приближении он представляет собой
225
подобие отбора генотипов в популяции, но вымирают не
отдельные генотипы, а целые популяции и, с другой стороны,
получают развитие новые популяции, для которых эти
условия более благоприятны.
Групповой отбор тоже увеличивает разнообразие и
устойчивость сообществ.
Сопряженная эволюция и групповой отбор повышают
биоразнообразие экосистем, устанавливают определенные
взаимоотношения между ними как между наземными, так и
водными, и даже между обоими типами. Все это в целом ведет к
повышению устойчивости биосферы как глобальной
экосистемы.
§ 3. О регулирующем воздействии биоты
на окружающую среду
Эволюция биосферы убедительно свидетельствует, что при
любом воздействии на биосферу — природном или
антропогенном — ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения
биологического разнообразия. Отсюда очевидно, что
экологические условия есть продукт взаимодействия биоты и
окружающей среды, и лишь правильная оценка этого взаимодействия
позволяет разработать достоверные методологические
подходы к сохранению или даже улучшению экологической
обстановки в случае ее нарушения на всех экосистемных уровнях,
вплоть до глобального.
Исследуя проблемы биологической регуляции окружающей
среды, В. В. Горшков, В. Г. Горшков, В. И. Данилов-Даниль-
ян и др. (1999) пришли к выводу, что в настоящее время в
экологической науке известны две основные концепции
взаимодействия биоты и окружающей ее среды.
Согласно первой концепции — традиционной —
окружающая среда пригодна для жизни в силу уникальных условий на
поверхности Земли, а естественная биота приспосабливается к
любой окружающей ее среде благодаря главному свойству жиз-
226
ни — способности к эволюции и непрерывной адаптации к
меняющимся условиям среды. При этом любые виды
организмов, способные адаптироваться к окружающей среде и
производить наибольшее количество потомков, могут составлять
земную биоту.
Согласно традиционной концепции — изменение
окружающей среды.под воздействием человека — это определенный
этап естественного эволюционного процесса — превращения
биосферы в новую глобальную биосистему, а природное
биоразнообразие — генетический ресурс человека, который
следует сохранять лишь в заповедниках, зоопарках и генных
банках. При этом безостановочный экономический рост
возможен лишь за счет непрерывного расширения использования
ресурсов биосферы.
По мнению В. В. Горшкова и др. (1999), в традиционной
концепции фактически игнорируются экологические
ограничения на численность популяций биологических видов (в том
числе человека), а также причины образования естественных
сообществ, устойчивость сообществ и их среды обитания.
Во второй концепции основная роль отводится
биотической регуляции окружающей среды. Биота Земли
рассматривается как единственный механизм поддержания пригодных
для жизни условий окружающей среды в локальных и
глобальных масштабах. В случае прекращения регулирующего
воздействия биоты физически неустойчивая окружающая среда
быстро перейдет (примерно за 10 тыс. лет) в устойчивое
состояние, в такое, как на Марсе или Венере, где жизнь
невозможна.
В этой концепции главным свойством жизни считается
способность видов к поддержанию тех условий окружающей
среды, которые пригодны для существования биоты на
любом экосистемном уровне, а не способность к непрерывной
адаптации к изменяющимся условиям этой среды.
Биотическая регуляция окружающей среды возможна в результате
скореллированного взаимодействия между организмами и
средой, которая подобна скореллированности клеток и органов
внутри многоклеточного организма. Работу по обеспечению
227
поддержания окружающей среды выполняют виды с
оптимальной, а не с максимальной численностью. Именно они
образуют сообщества и составляют земную биоту, обеспечивая
стационарность численности особей, регулярность популяцион-
ных колебаний видов и предотвращают популяционные
взрывы, разрушающие сообщества. Переход любого вида к
производству максимального количества потомков, относится к
генетическому отклонению от нормы и они немедленно
вытесняются из популяции. Механизм отбора в этом случае —
конкурентное взаимодействие однородных сообществ.
При переходе окружающей среды в новое состояние
(например, изменение восстановительной атмосферы на
окислительную), обязательно происходит существенная перестройка
биоты. Но перестройка осуществляется без потери биотой
способности предотвращать переход среды в состояние,
непригодное для существования любой биоты. Это связано с тем,
что существует несколько различных условий окружающей
среды, пригодных для жизни, а эволюционирующая биота
способна перебирать все приемлемые для жизни условия.
Жизнь на Земле существует около 4 млрд лет, причем
альтернативность вышеописанных концепций сохраняется на
протяжении всего этого периода. Но за этот период
изменился диапазон условий, пригодных для жизни, от локальных до
глобальных масштабов. Это значит, что жизнь все это время
активно изменяла окружающую среду в благоприятном для
себя направлении, т. е. биотическая регуляция среды имела
место с самого момента возникновения жизни.
Существование биотической регуляции окружающей
среды доказывается рядом факторов, важнейшими из которых
являются следующие ( Горшков и др., 1999):
1. Выбросы неорганического углерода из земных недр в
атмосферу с огромной точностью соответствуют содержанию
органического углерода в осадочных породах, что
обеспечивает практически постоянное содержание неорганического
углерода в атмосфере в течение сотен миллионов лет.
2. Концентрации биогенных элементов (С, N, Р, 02) в
океане сформированы и поддерживаются биотой, о чем свиде-
228
тельствует отношение C/N/P/02, совпадающее с таковым при
синтезе органического вещества.
3. Круговорот воды на суше также определяется биотой,
так как 2/3 осадков связано с испарением воды на суше, в
котором доминирующая роль принадлежит биоте.
4. Незатронутая деятельностью человека биота океана
поглощает избыток диоксида углерода, выбрасываемого в
атмосферу человеком, т. е. действует в соответствии с
отрицательными обратными связями, в то время как измененная
человеком биота суши утратила эту способность.
5. Биотой океана поддерживается концентрация диоксида
углерода в океане в три раза меньше, чем если бы ее
воздействие отсутствовало, так как потеря неорганического
углерода океаном в атмосферу компенсируется поступлением в
океан органического углерода.
Биотическая регуляция исключает адаптацию, и
наоборот. Адаптационные процессы связываются со
способностью выживания организмов в определенных условиях, а
если условия не меняются — нет и адаптации. При
отсутствии адаптации биоты к искаженным условиям среды
разрушение биотической регуляции обратимо. После
прекращения антропогенного возмущения происходит
восстановление аборигенных сообществ, содержащих правильную
информацию о нормальных условиях среды и способах их
регуляции путем уже описанных выше сукцеесионных
процессов (см. гл. 5, § 6).
Таким образом, биотическая регуляция окружающей
среды — это механизм управления окружающей средой,
основанный на отобранных в процессе эволюции видах,
содержащих необходимую для управления средой генетическую
информацию. Возможность выживания человечества состоит в
восстановлении естественной биоты на территориях,
достаточных для сохранения ее способности к регуляции
окружающей среды в глобальных масштабах. Главной экологической
задачей человечества должно считаться сохранение
естественной биоты на Земле, которое должно сопровождаться полным
прекращением дальнейшего освоения естественной биоты оке-
229
ана и ее восстановлением на значительной освоенной части
суши. Ряд ученых считают, например, что условием
сохранения естественного биоразнообразия, обеспечивающего
устойчивость биосферы, является расширение площади
заповедников до 30% от всей территории, а общая природоохраняемая
территория должна составлять (вместе с заповедниками) 85%.
Человек, став мощным геологическим фактором,
оказывает глобальное воздействие на биосферу. Биосфера, со
своей стороны, через свои экологические законы, которые он
вынужден соблюдать, чтобы выжить, в том числе и закон о
биотической регуляции окружающей среды, воздействует на
человека. Создаются условия, очень напоминающие
сопряженную эволюцию или коэволюцию «человек—биосфера».
Продуктом такой коэволюции может стать так называемая
«ноосфера», т. е. сфера разума.
§ 4. Ноосфера как новая стадия эволюции
биосферы
Ноосфера («мыслящая оболочка», сфера разума) —
высшая стадия развития биосферы. Это «сфера взаимодействия
природы и общества, в пределах которой разумная
человеческая деятельность становится главным, определяющим
фактором развития» (БСЭ, т. 18, с. 103).
Почему возникло понятие «ноосфера»? Оно появилось в
связи с оценкой роли человека в эволюции биосферы.
Непреходящая ценность учения В. И. Вернадского о ноосфере именно
в том, что он выявил геологическую роль жизни, живого
вещества в планетарных процессах, в создании и развитии
биосферы и всего разнообразия живых существ в ней. Среди этих
существ он выделил человека как мощную геологическую
силу. Эта сила способна оказывать влияние на ход
биогеохимических и других процессов в охваченной ее воздействием
среде Земли и околоземном пространстве (пока «ближний»
Космос). Вся эта среда весьма существенно изменяется чело-
230
веком благодаря его труду. Он способен перестроить ее
согласно своим представлениям и потребностям, изменить
фактически ту биосферу, которая складывалась в течение всей
геологической истории Земли.
В. И. Вернадский писал, что становление ноосферы «есть
не случайное явление на нашей планете», «создание
свободного разума», «человеческого гения», а «природное явление,
резко материально проявляющееся в своих следствиях в
окружающей человека среде» (Размышления натуралиста, 1975).
Иными словами, ноосфера — окружающая человека среда, в
которой природные процессы обмена веществ и энергии
контролируются обществом.
Человек, по мнению В. И. Вернадского, является частью
биосферы, ее «определенной функцией». Подчеркивая тесную
связь человека и природы, он допускал, что предпосылки
возникновения человеческого разума имели место еще во
времена животных, предшественников Homo sapiens, и проявление
его началось миллионы лет назад, в конце третичного
периода. Но как новая геологическая сила смог проявить себя
только человек.
Воздействие человеческого общества как единого целого
на природу по своему характеру резко отличается от
воздействий других форм живого вещества. В. И. Вернадский
писал: «Раньше организмы влияли на историю тех атомов,
которые были нужны им для роста, размножения,- питания,
дыхания. Человек расширил этот круг, влияя на элементы,
нужные для техники и создания цивилизованных форм жизни»,
что и изменило «вечный бег геохимических циклов»
(Размышления натуралиста. Кн. 2, 1977).
Эти гениальные мысли В. И. Вернадского позволили
ряду ученых допустить в дальнейшем и такой ход событий в
эволюции биосферы, как коэволюцию между человеческим
обществом и природной средой, в результате чего и
возникнет ноосфера, но это будет происходить благодаря «новым
формам действия живого вещества на обмен атомов живого
вещества с косной материей». Он считал, что «геологически мы
переживаем сейчас выделение в биосфере царства разума, ме-
231
няющего коренным образом и ее облик, и ее строение, —
ноосферы».
Анализируя представления В. И. Вернадского о ноосфере,
Э. В. Гирусов (1986) высказал мнение, что ломка развития
человеческой деятельности должна идти не вопреки, а в унисон с
организованностью биосферы, ибо человечество, образуя
ноосферу, всеми своими корнями связано с биосферой.
Ноосфера — естественное и необходимое следствие человеческих
усилий. Это преобразованная людьми биосфера соответственно
познанным и практически освоенным законам ее строения и
развития. Рассматривая такое развитие биосферы в ноосферу с
позиций системного подхода, можно заключить, что ноосфера —
это новое состояние некоторой глобальной суперсистемы как
совокупности трех мощных подсистем: «человек»,
«производство» и «природа», как трех взаимосвязанных элементов при
активной роли подсистемы «человек» (Прудников, 1990).
Становление ноосферы, по В. И. Вернадскому, — процесс
длительный, но ряд ученых полагают, что человечество уже
вступило в период ноосферы, хотя многие считают, что пока
об этом говорить рано, так как то, что сейчас происходит во
взаимодействии человека и природы, трудно увязать с
наступлением эпохи разума. Тем не менее прогресс человеческого
разума и научной мысли ноосферы налицо: они вышли уже за
пределы биосферы Земли, в Космос и глубины литосферы
(сверхглубокая Кольская скважина). По мнению многих
ученых — ноосфера в будущем станет особой областью
Солнечной системы. «Биосфера перейдет так или иначе\ рано или
поздно в ноосферу... На определенном этапе развития человек
вынужден взять на себя ответственность за дальнейшую
эволюцию планеты, иначе у него не будет будущего», — утверждал
В. И. Вернадский.
Контрольные вопросы
7. Каковы важнейшие аспекты учения В. И. Вернадского о
биосфере?
232
2. Как формировалась кислородная атмосфера Земли?
3. Как отражается на развитии жизни на Земле
нарушение равновесия 02/С02?
4. Почему человек абсолютно зависим от
жизнедеятельности и разнообразия других организмов?
5. В чем состоит значение для биосферы сопряженной
эволюции (коэволюции) и группового отбора?
6. В чем суть концепции биотической регуляции
окружающей среды?
7. Что такое ноосфера и почему возникло это понятие?
8. Возможно ли возникновение ноосферы в результате
коэволюции между человеческим обществом и
природной средой?
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ ^ффф^^ффф^ф^ф<$х^>ф<$х$>
ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА
Люди повинуются законам природы, даже
когда действуют против них.
И. В. Гёте
ГЛАВА 9
БИОСОЦИАЛЬНАЯ ПРИРОДА ЧЕЛОВЕКА
И ЭКОЛОГИЯ
Человек — высшая ступень развития живых организмов
на Земле. Он, по И. Т. Фролову (1985), — «субъект
общественно-исторического процесса, развития материальной и духовной
культуры на Земле, биосоциальное существо, генетически
связанное с другими формами жизни, но выделившееся из них
благодаря способности производить орудия труда, обладающее
членораздельной речью и сознанием, творческой активностью
и нравственным самосознанием».
Биосоциальная природа человека отражается в том, что его
жизнь определяется единой системой условий, в которую
входят как биологические, так и социальные элементы. Это
вызывает необходимость не только его биологической, но и
социальной адаптации, т. е. приведения межиндивидуального и
группового поведения в соответствие с господствующими в
данном обществе, классе, социальной группе нормами и
ценностями в процессе социализации (путем усвоения знаний об этом
234
обществе, классе и т. д.). Эту область человеческой природы
изучает большая группа социальных дисциплин, с которыми
экология весьма тесно связана (социально-экономические
науки и др.). Биологическая адаптация человека весьма
отличается от таковой в животном мире, так как стремится сохранить
не только его биологические, но и социальные функции при
возрастающем значении социального фактора. Последнее
обстоятельство имеет важное экологическое значение и нашло
свое отражение в экологическом подходе к определению
понятия «человек».
Человек — один из видов животного царства со сложной
социальной организацией и трудовой деятельностью, в
значительной мере «снимающими» (делающими малозаметными)
биологические, в том числе этологические (первично —
поведенческие) свойства организма (Реймерс, 1990).
Общие законы взаимоотношения человека (или группы
людей) и биосферы, влияние на человека (или группы людей)
природной и социальной сред изучает наука экология человека.
§ 1. Человек как биологический вид
Эволюционные особенности вида
Человек — это составная часть живого, и он не может
существовать в естественных условиях вне биосферы и живого
вещества определенного эволюционного типа.
Семейство гоминид, к которому относится человек,
возникло в экваториальной части Земли, а род Человек — в
восточной части Африки и в Южной Азии. В ранние эпохи на
Земле существовали несколько видов гоминид, относящихся к двум
подсемействам: австралопитеки и просто люди, из которых
сохранился лишь один вид — Homo sapiens — человек
разумный. Отголосками того, что еще недавно на Земле жили
одновременно неандертальцы и люди, являются сохранившиеся
легенды о «снежном человеке». Многие ученые считают, что Homo
sapiens подразделяется на два подвида — неандертальца и
современного человека (рис. 9.1).
235
Рис. 9.1. Возникновение человека на Земле
В эволюции живого вещества на планете есть ряд
поворотных пунктов, последним из которых в этой эволюционной
сукцессии является появление человека, Homo sapiens. Это
произошло совсем недавно — 3,5—5 млн лет назад, что по
сравнению с 4 млрд лет развития живого мира — ничтожно малая его
часть. Для наглядности этой «ничтожности» обычно
прибегают к такому приему: представим весь период развития
органической жизни в масштабе одного года, тогда появление и
развитие человека уложится всего в одни сутки «31 декабря» (365-
я часть), появление сельского хозяйства (10 тыс. лет назад) —
в две минуты, а промышленная революция (200 лет назад) — в
две секунды, т. е. она возникла в 23 часа 59 минут 58 секунд 31
декабря. Если сравнить время появления и развития человека,
например, с периодом существования динозавров на Земле, то
они просуществовали в 14 раз дольше, т. е. «две недели».
Все это приводит к мысли, что человек, как и любой
биологический вид на Земле, так же преходящ и вовсе не является
«вершиной эволюции», как часто думают сами люди. Тем не
менее В. И. Вернадский полагал, что не для того природа по-
236
тратила миллиарды лет, чтобы эпоха Homo sapiens
просуществовала «мгновения», — это есть определенный «скачок»
эволюции в весьма длительную новую геологическую эру.
Первобытный человек вплоть до недавнего времени (до
появления сельского хозяйства) вообще-то представлял собой
обычного всеядного консумента естественных экосистем.
Занимаясь собирательством и охотой, он создавал
недолговременные небольшие поселения, перекочевывая с места на место
в поисках участков с более богатой растительностью и другой
пищей. В это время и в еще более раннее влияние человека на
окружающую природу было невелико. Еще 1,5 млн лет назад
продолжительность жизни человека не превышала 20 лет, а
численность всей его популяции на Земле составляла около
500 тыс. особей (рис. 9.2).
Столь незначительная продолжительность жизни
объясняется тем, что человек жил в еще практически нетронутой
первозданной природной среде, в которой безраздельно
господствовали силы саморегуляции, которым он противостоял теми же
до н. э. до н. э
1,5 8000
млн лет лет
Рис. 9.2. Численность населения в мире и средняя
продолжительность жизни
237
способами, которыми обладали и представители других видов
животного мира.
Однако, как и любой вид, человек не только зависит от
среды, но и воздействует на нее. Но в отличие от животных
человек обладает интеллектом. Интеллект и позволил ему
найти «противоядие» против одного из важнейших факторов —
нехватки пищевых ресурсов: сельское хозяйство — скотоводство
и земледелие. Это произошло примерно 10 тыс. лет назад.
Человек стал строить свою собственную экологическую
систему.
Способность человека мыслить, создание необходимых
орудий труда позволили ему, хотя бы временно, преодолеть
действие обычных абиотических и биотических факторов. Б.
Небел (1993) считает, что преодолеть их действие человек смог:
«1) в изобилии производя продовольствие (хотя с его
распределением все еще возникают проблемы);
2) создав водохранилища и подведя воду в населенные
пункты и на поля;
3) создав средства борьбы с хищниками и многими
болезнетворными организмами;
4) построив жилища и научившись обогревать или
охлаждать их по собственному желанию;
5) выиграв в конкурентной борьбе с другими видами».
Человек, научившись преодолевать действие
лимитирующих факторов, тем не менее на 100% еще не одержал победу
над ними. Как отмечает Ю. Одум (1975), он может снабдить
кондиционированным воздухом свое жилье, свое рабочее
место, но считать себя независимым от климата он не может,
иначе ему пришлось бы снабдить кондиционированным
воздухом свои посевы и домашних животных, и т. п. Значит,
человек остается зависимым от климатических явлений — от
жары и холода, засухи и дождей и других явлений.
Таким образом, хотя человек существо социальное,
собственно природа всегда будет фактором существования
человека, составлять неотъемлемую часть окружающей человека
среды, куда входит и искусственно созданная им среда, и
общественные отношения и институты (социум). Искусственная
среда обитания также воздействует на человека, т. е. здесь возни-
238
кает обратная связь, но она воздействует как на биологические,
так и на социальные процессы, протекающие в человеческих
популяциях.
Наследственность человека
Созданная в процессе становления вида Homo sapiens
генетическая программа определяет его как биологический вид. Она
записана в молекулах ДНК, достаточно консервативна и
представляет собой самый драгоценный из природных ресурсов.
Но тем не менее от поколения к поколению ДНК человека
вовлекаются в разнообразные генетические процессы, —
фактически в такие же, в какие вовлекаются ДНК всех остальных
животных: 1) мутационный процесс, непосредственно
изменяющий структуру ДНК; 2) миграция генов — отток или приток
генов из других популяций; 3) дрейф генов — случайные
колебания частот генов; 4) естественный отбор — направленно
изменяющий частоты генетических признаков.
Мутационный процесс в условиях естественного фона
радиации не может повлиять на жизнь популяций. Но человек
сам ввел в свою окружающую среду ядерную энергию,
обладающую исключительной мутационной активностью. Он
использует в быту и на производстве сотни тысяч химических
соединений, среди которых появились и химические
мутагены, в том числе и химические соединения, которые прежде не
встречались в природе.
Случайный дрейф и миграции генов среди животных —
обычное явление, приводящее к образованию экотипов,
которые, развиваясь изолированно, могут образовать в результате
эволюции новую расу или даже новую видовую популяцию.
Что же касается человека, то в настоящее время, в условиях
развитости транспорта, миграции в город из сел
(урбанизация) и вообще подвижности населения географические
расстояния уже не играют роли. В этих условиях генный дрейф
теряет значение как фактор популяционной динамики, в то
время как еще в конце XIX в. можно было говорить о
существовании неких групп населения, которые называли «изолята-
ми».
239
Изменение параметров миграции приводит к расширению
круга брачных связей, к увеличению роли межнациональных
и гетеролокальных (на больших расстояниях от мест
жительства) браков. Это явление может иметь положительную и
отрицательную стороны — оптимум где-то посередине.
Однако нельзя забывать, что человек еще и социальное
существо, поэтому на его генофонд действуют — и весьма
активно — общественные отношения. Генофонд —это вся
совокупность генов населения (любого биологического вида),
обитающего на конкретной исторически сложившейся
территории, а значит, и человеческой популяции. Различные
социальные условия обусловливают формирование людей
определенного генотипа, т. е. определенного сочетания генов,
переданного родителями и обеспечивающего человеку жизнь.
Но дальнейшие судьбы генов зависят от самого человека и
общества, которые полностью распоряжаются жизнью
человека, следовательно, и его генами. А.В. Лосев, Г.Г. Провад-
кин (1998) считают, что «...тема генофонда в ее
общественном звучании — это, по существу, тема экологии общества,
включая экологию духа, культуры общественных отношений
к Природе и Истории».
Естественный отбор сыграл решающую роль в
эволюции всех видов, в том числе и Homo sapiens. Человек
современного типа возник в последнюю ледниковую эпоху,
примерно 40—50 тыс. лет тому назад. Как мы уже отмечали, за
этот период он занимался охотой, собирательством,
значительно позже — скотоводством, земледелием и ремеслами, и
только в последние два-три века получило бурное развитие
промышленное производство. На протяжении всей этой
истории постепенно снижалась роль природной и возрастала роль
искусственной среды в жизни человека. При этом изменялись
величина и качественный характер давления естественного
отбора.
Благодаря социальным преобразованиям и развитию
медицины в развитых странах давление естественного отбора
значительно снизилось. Тем не менее человек, являясь и
биосоциальным существом, не освободился от действия
общебиологических закономерностей, универсальных для всего живо-
240
го. В подтверждение сказанного приводим данные
иностранных авторов из статьи Ю. П. Алтухова и О. Л. Курбатовой
(1984): 5% эмбрионов человека погибают на ранних стадиях
онтогенеза (спонтанные аборты), 3 Составляет мертворожден-
ность, 3 — смертность до наступления репродуктивного
возраста, 20% взрослых не вступают в брак и 10% браков
бесплодны, и т. п.
Таким образом, примерно 50% первичного генофонда не
воспроизводится в следующем поколении и значительная часть
этих явлений генетически обусловлена.
Искусственная среда и эволюция человека
Человек сам создатель и регулятор развития городских
(урбанистических) систем. Характер и интенсивность его
хозяйственной деятельности и способность поддерживать качество
окружающей среды в конечном итоге зависит от его
биологических особенностей и социальных факторов.
До сих пор идут споры о соотношении социального и
биологического в человеке, и хотя мы не знаем этого соотношения
(видимо, его и нельзя измерить), но при рассмотрении
экологии человека необходимо учитывать оба этих начала. Наиболее
рельефно эти проблемы видны при изучении эволюции и
адаптации человека в городской среде.
Движущей силой эволюции является естественный отбор,
давление которого в развитых странах вообще, а тем более в
урбосистемах, значительно снижено. И тем не менее человек и
в городской среде не изолирован от природы. Продолжают
действовать зональные географические условия, отмечено даже
формирование, независимо от этнической принадлежности,
зональных адаптивных типов человека: тропический, пустынный,
высокогорный, континентальный, умеренный, арктический.
. Учитывая указанные генетические особенности человека и
что он занял такие пространства, где воздействия среды во
многом противоположны, можно констатировать: человек, в
отличие от животных, поставил вид в условия широчайшей
экологической ниши, характеризующейся общей направленностью
адаптации.
241
Человек как биологический вид, видимо, достиг того
предела «эврибионтности», когда дальнейший ее рост вступает в
противоречие с организмом человека как высокоинтегрирован-
ной системы, требующей для выживания определенного
минимума интеграции (Городская среда..., 1990). Именно эта
особенность позволила человеку освоить огромное число
экологических ниш в природе, а с другой стороны, привести к
процессам «самонастройки» его организма, к изменениям
среды.
«Самонастройка» систем организма к среде
свидетельствует о возможностях выживания человека в новых условиях,
что позволяет оптимистически смотреть на будущее всего
человечества, не предрекая его гибели. Примерами
«самонастройки» систем организма человека при изменении среды могут
служить: процессы акселерации, приспособительная
динамика соотношения полов в популяции, физиологическая
реакция организма на условия высокогорья, высоких широт,
гипокинезии и невесомости, и т. п.
Человек не только адаптируется, но прочно
«привязывается» к своей среде, как в индивидуальном, так и в видовом
аспектах (Городская среда..., 1990). Данные космической
биологии показывают, что человек, адаптируясь к новым
условиям в Космосе, вернувшись на Землю, вынужден снова
вырабатывать у себя прежние навыки — деадаптироватъся. В
условиях жизнедеятельности в городской среде он может
находиться дома (в квартире), затем на производстве и,
наконец, может выехать за город на отдых. Эти изменения
окружающих человека сред вызывают процессы реадаптации, т.
е. адаптации к ставшим уже для него новьдм условиям ранее
привычной среды. Более того, при этом происходит как бы
«снятие» некоторых выработанных ранее адаптационных
механизмов, например, у детей происходит некоторая потеря
«бдительности» к движению транспортных средств за период
отсутствия их в городе в летние каникулы, и т. п.
Примерно то же происходит, если не человек меняет
среду, а среда меняется в месте его проживания, на
производстве и т. п. Например, повысился шум механизмов в цехе,
уровень загрязнения и т. п., скажем, на какое-то время. Но если
242
эти изменения происходят быстро и мощно, то
эволюционные процессы, механизмы отбора, уже не успевают,
«отстают», и адаптация становится невозможной. Такой резкий
дисбаланс системы вызывает стрессовые ситуации,
приводящие к болезням человека, вплоть до генетических
нарушений — мутагенных явлений.
В городской среде к традиционным экологическим
факторам добавляются такие, как десинхроноз (несоответствие
адаптации географической зональности при трансширотных и
трансмеридиональных миграциях), транспортная усталость у
электромагнитные поля, симбиотная бактериально-вирусная
флора, медицинские интервенции, информационное богатство
среды, вирусная трансдукция (перенос генетического материала
из одной клетки в другую с помощью вируса) и др.
Существует проблема оценки качества городской среды. В
природных экосистемах можно использовать
виды-индикаторы, действие отдельных экологических факторов, наличие тех
или иных компонентов загрязнения, и т. д. Но человек, в
отличие от животных, сохраняет свои видовые морфофункциональ-
ные характеристики независимо от смены условий жизни
благодаря трудовой общественно-исторической деятельности, в
результате которой и создалась новая «искусственная» среда.
Поэтому оценка состояния среды обитания человека возможна
лишь через состояние здоровья самого человека.
Но создание искусственной среды стало возможным
благодаря общественной, социальной природе человека и для него
необходима не только биологическая, но и социальная
адаптация к данной среде. С этой точки зрения важны проблемы
роста и развития человеческой популяции, весьма рельефно
отражающие биосоциальную природу человека.
§ 2. Популяционная характеристика
человека
Популяция человека, т. е. популяция особого вида — Homo
sapiens, обладает теми же свойствами, что и популяция живот-
243
ных, но характер и форма их проявлений значительно
отличаются вследствие действия таких факторов, как искусственная
среда, социально-экономические условия и другие, называемых
единым термином — социум.
Все люди на Земле образуют популяционную систему —
человечество. Рост этой популяции ограничен доступными
природными ресурсами и условиями жизни,
социально-экономическими и генетическими механизмами (Реймерс, 1994).
Человек, зная уже достаточно о значении этих
ограничивающих факторов, пока еще мало придает им значение, хотя
социально-экономические факторы уже в известной степени
выступают как регулирующие. О том, что человечество плохо
осознает предел своей «толерантности» относительно этих
ограничивающих факторов, свидетельствует практически
«безудержный рост населения, т. е. численности популяции.
Но если действительно поведение человека разумно, тогда
он, по Ю. Одуму (1975), должен: 1) изучать и понять форму
собственного популяционного роста; 2) определить
количественно оптимальные размеры и конфигурацию населения в
связи с емкостью данной области; 3) быть готовым к принятию
«культурной регуляции» там, где «естественная регуляция»
недейственна.
Рост численности населения
Рост численности населения Земли подчиняется
экспоненциальному закону, при этом прирост не постоянный, а в
последние десятилетия шел с нарастающим итогом. Исходя
из этого экологи расценивают последние тенденции как
чрезвычайно опасные. Так, в 70-е гг. XX в. население планеты
увеличилось на 750 млн человек, в 80-е — на 840 млн, а
прирост на 90-е гг. прогнозировался в 960 млн человек и, как
видно из табл. 9.1, ежегодный прирост к началу XXI века
прогнозировался почти 100 млн человек, что
подтверждается современными данными: в 1995 году только за один год
население планеты увеличилось на 100 миллионов человек,
что всего на 15 миллионов меньше, чем в Италии и Франции
вместе взятых.
244
Таблица 9.1
Темпы роста населения Земли в 1950—2000 гг.
(Лестер Р. Браун, 1992 )
Год
1950
1960
1970
1980
1990
(оценка)
2000
(прогноз)
Численность
населения,
млрд чел.
2,515
3,019
3,698
4,450
5,592
6,256
Прирост за
десятилетие,
млн чел.
504
679
752
842
959
Среднегодовой
прирост,
млн чел.
50
68
75
84
96
Безусловно, такой прирост характеризует состояние
«демографического взрыва» в человеческой популяции. Это
наглядно виднр на рис. 9. 2, где показано, что еще 1,5 млн лет назад
на Земле проживало примерно 500 тыс. человек. При
продолжительности жизни в то время всего 20 лет количество особей
могло удвоиться лишь по прошествии 200 тыс. лет. В
настоящее же время для этого требуется всего 35 лет.
Примерно 9 тыс. лет тому назад на Земле проживало около
10 млн человек, в начале нашей эры — порядка 200 млн, а в
середине XVII в. — 500 млн. Уменьшая воздействие
лимитирующих факторов вплоть до практически полного «снятия» их
воздействия, человек подошел к миллиардному рубежу своей
численности лишь примерно в середине XIX в. Но и в XIX в. и
сейчас возникали и возникают различного рода локальные и
региональные катастрофы, связанные с болезнями, голодом
(например вследствие неурожаев), войнами и т. п. И несмотря на
это численность населения продолжает расти, так как с
помощью технологических, социальных и культурных перемен,
люди увеличили для себя емкость планеты, сделав обычно
непригодные для жизни районы Земли обитаемыми (Миллер,
1993).
Переходя на язык моделей динамики популяций в
природе, можно сказать, что регулирующая (ограничительная)
245
роль К-факторов резко снизилась, и в динамике
человеческой популяции преобладает r-стратегия. Не последнюю роль
играют и особенности жизненных циклов людей: каждая
особь участвует в размножении многократно и само
размножение возможно в любое время года. В связи с этим
государства создают законы, ограничивающие минимально
допустимый возраст вступления в брак, разрабатывают
мероприятия, поощряющие деторождение только в определенном
возрасте, и т. д.
Динамику роста народонаселения изучает наука
демография. Ее данные очень важны для национального и
международного планирования различных мероприятий, связанных с
численностью населения, в том числе и ограничительных мер
по ее стабилизации или даже сокращению, если это требуется
по экологическим причинам. Демографические расчеты
позволяют оценить возрастную структуру населения, причины
изменения численности в прошлом и прогнозировать эти
изменения на будущее.
На рис. 9.3 данные по возрастному составу населения
представлены в виде возрастных пирамид.
Возрастная пирамида отражает структуру населения
данной местности или государства в целом и содержит в себе
информацию о численности каждой возрастной категории людей,
о характере роста населения, о позитивном или негативном
влиянии условий жизни и др.
Строятся пирамиды в координатах возраст—численность
(рис. 9.3). Каждый возрастной класс для различных животных,
в зависимости от их продолжительности жизни, имеет
различные интервалы, а для человека — интервал в пять лет. Он
изображается в виде горизонтально «лежащего столбика», длина
которого равна численности данного возрастного класса.
Самый «младший» столбик укладывается в основание пирамиды,
самый «старший» — ее венчает.
Из рис. 9.3 видно, что при экспоненциальном росте
популяции возрастная структура зависит от скорости роста — чем
быстрее растет популяция, тем длиннее «столбик» молодых
особей, и пирамида расширяется к основанию. Популяция
может и не менять своей численности (г=0). Если во всех этих
246
Рис. 9.З. Возрастная структура народонаселения в 1970 г. в трех
странах, различающихся скоростью роста численности:
а — Мексика (быстро растущая популяция); б — США (медленно
растущая популяция); в — Швеция (стационарная популяция)
(Freedman, Berelson, 1974)
случаях соотношение возрастов сохраняется, то можно
считать такие популяции стабильными.
Анализ возрастных пирамид позволяет человечеству с
достаточной надежностью прогнозировать свое будущее и
принимать соответствующие меры. В природе же эти процессы
регулируются естественным путем, под влиянием
экологических факторов.
Возрастная пирамида развивающихся стран сужается к
вершине (рис. 9.3) вследствие того, что рождаемость
высокая, а выживаемость людей в них низкая. В
противоположность ей пирамида населения развитых стран имеет почти
отвесную стенку вплоть до старших возрастов, что
свидетельствует о высокой выживаемости человека в более
благоприятных условиях. Эти же пирамиды свидетельствуют о
стремительном росте населения развивающихся стран, а
также о незначительном росте (если он даже есть) населения в
развитых странах.
По последним данным, в развивающихся странах про-
247
сматривается снижение рождаемости и тем не менее рост
численности их населения к 2000 г. достаточно велик (рис.
9.4), что не может не тревожить общество. Рост этот
продолжается и сейчас, и будет происходить еще
продолжительное время даже при снижении скорости роста (г) до нулевого
значения. Это явление называют «инерцией роста
численности», и оно связано с наличием большого числа молодых
людей, не достигших детородного возраста. Поэтому если
бы даже «г» достигло нулевого значения без всякой
задержки, то и в этом случае развивающиеся страны были бы
обречены на увеличение общей численности населения вдвое и
только после этого могла бы наступить стабилизация (Би-
гон и др., 1989).
Тем не менее, по некоторым данным, есть уже слабая
надежда на то, что пик «демографического взрыва» позади, ибо
среднегодовой прирост в мире, составляющий 1,8% в 70-е гг.
понизился до 1,7% в 80-е гг. (Лавров, 1990). Подобная, но
весьма неустойчивая, тенденция сохранилась и в 90-е годы XX в.
Однако потребуются огромные усилия всего человечества для
поддержания динамического равновесия в природе, в том числе
целенаправленная демографическая политика, особенно в
странах «третьего мира», где достигнутая плотность населения
превышает все допустимые пределы.
Озабоченность тенденциями роста населения еще двести
с лишним лет назад заставила Т. Мальтуса написать
трактат, ставший всемирно известным. В нем он впервые
математически доказал, что рост населения происходит по
экспоненциальному закону, а количество продуктов сельского
хозяйства увеличивается в арифметической прогрессии.
Мальтус считал, что если не прекратится бесконтрольное
деторождение, нищета и голод неизбежны. Конечно, он
ошибался в том плане, что не мог учесть в свою эпоху и
предвидеть потенциальные возможности новых технологий для
повышения продуктивности почв, огромных достижений
генетики в области селекции сельскохозяйственных растений и
животных, и т. д. Он писал задолго до открытия принципов
генетики Менделем, он ничего не знал еще о биогеохимиче-
248
Рис. 9.4. Общая численность и возрастной состав населения
развивающихся и развитых стран (соответственно заштрихованные и
незаштрихованные части диаграммы слева и справа). Верхняя
диаграмма соответствует состоянию на 1980 г., а нижняя —
прогнозу ООН на 2000 г. ( May, 1980)
ских круговоротах, возвращающих биогенные компоненты в
почву, и др.
Т.Мальтус полагал: с повышением численности и ростом
плотности населения численность человеческой популяции
начнут регулировать эпидемии, т. е. факторы, зависящие от
плотности населения. Успехи медицины, казалось бы,
опровергли этот факт, однако постепенно он снова возник из
небытия — ВИЧ-инфекция, рак и т. п. С усилением контактов
между народами и ростом их численности эти и другие
болезни, например пандемии гриппа и ряд новейших заболеваний,
будут представлять все большую опасность для человечества.
Но этой опасности есть альтернатива. По мнению Н. Ф. Рей-
мерса, при экономически благоприятных условиях начнет
реально действовать регулируемый механизм депопуляции и че-
249
рез три поколения (75 лет) человечество бесконфликтно
сократится до 1,0—1,5 млрд.
Эти предположения Н. Ф. Реймерса не бесспорны, хотя
достаточно оптимистичны. В теперешнем, весьма
неспокойном мире, при далеко не равномерном экономическом
развитии государств достижение достаточно высокого уровня
благосостояния хотя бы большинством людей в ближайшие
десятилетия проблематично. По прогнозам демографов, если все
будет идти, как идет сейчас, уже к 40—50 гг. XXI в.
численность населения на Земле достигнет предельной
биологической емкости человеческой популяции (12—15 млрд человек),
а это чревато ее «крахом» (см. рис. 3.4).
Иными словами, в полную силу вступают в свои права
факторы естественной регуляции и среди них важнейшим
будет истощение доступных человечеству ресурсов.
§ 3. Природные ресурсы Земли
как лимитирующий фактор выживания
человека
Общие представления
В самом общем виде, применительно к человеку,
«ресурсы — это нечто, извлекаемое из природной среды для
удовлетворения своих потребностей и желаний» (Миллер, т. 1, 1993).
Потребности человека можно разделить на материальные и
духовные. Природные ресурсы в прямом их применении в
какой-то части удовлетворяют духовные потребности человека,
например, эстетические («красота природы»), рекреационные и
т. п. Но главное их назначение — удовлетворять материальные
потребности, т. е. создание материальных благ.
Итак, природные (естественные) ресурсы — это
природные объекты и явления, которые человек использует для
создания материальных благ, обеспечивающих не только поддер-
250
жание существования человечества, но и постепенное
повышение качества жизни.
Природные объекты и явления — это различные тела и
силы природы, используемые человеком как ресурсы.
Организмы, кроме человека и в значительной степени домашних
животных, — черпают живые энергетические ресурсы
непосредственно из окружающей среды, являясь частью
биогеохимических циклов. Эти ресурсы по своему действию
можно рассматривать и как экологические факторы, в том числе
и как лимитирующие, например большая часть пищевых
ресурсов.
Человек, благодаря своим все возрастающим
материальным потребностям, не может довольствоваться дарами
природы только в той мере, при которой не должен нарушать ее
равновесие, т. е. около 1% от ресурсов природной экосистемы,
поэтому ему приходится использовать и те природные
ресурсы, которые накоплены за миллиарды и миллионы лет в
недрах Земли и определяют ресурсную экологическую функцию
метосферы (Трофимов, Зилинг, 2002). Для создания
материальных благ человеку необходимы металлы (железо, медь,
а-люминий и др.) и неметаллическое сырье (глина, песок,
минеральные удобрения и др.), а также лесная продукция
(строительный лес, для производства целлюлозы и бумаги, и т. д.) и
многое другое.
Иными словами, природные ресурсы, используемые
человеком, многообразны, многообразны их назначение,
происхождение, способы использования и т. п. Это требует
определенной их систематизации.
Классификация природных ресурсов
В основу классификации положено три признака: по
источникам происхождения, по использованию в производстве и по
степени истощаемости ресурсов (Протасов, 1985).
По источникам происхождения ресурсы
подразделяются на биологические, минеральные и энергетические.
251
Биологические ресурсы — это все живые средообразующие
компоненты биосферы: продуценты, консу менты и редуценты
с заключенным в них генетическим материалом (Реймерс, 1990).
Они являются источниками получения людьми материальных
и духовных благ. К ним относятся промысловые объекты,
культурные растения, домашние животные, живописные
ландшафты, микроорганизмы, т. е. растительные ресурсы, ресурсы
животного мира и др. Особое значение имеют генетические
ресурсы.
Минеральные ресурсы — это все пригодные для
употребления вещественные составляющие литосферы, используемые
в хозяйстве как минеральное сырье или источники энергии.
Минеральное сырье может быть рудным, если из него
извлекаются металлы, и нерудным, если извлекаются
неметаллические компоненты (фосфор и т. д.) или используются как
строительные материалы.
Если же минеральные богатства используются как
топливо (уголь, нефть, газ, горючие сланцы, торф, древесина,
атомная энергия) и одновременно как источник энергии в
двигателях для получения пара и электричества, то их называют
топливно-энергетическими ресурсами.
Энергетическими ресурсами называют совокупность
энергии Солнца и Космоса, атомно-энергетических,
топливно-энергетических, термальных и других источников энергии.
Второй признак, по которому классифицируют ресурсы, —
по использованию их в производстве. Сюда относятся
следующие ресурсы:
— земельный фонд — все земли в пределах страны и мира,
входящие по своему назначению в следующие категории:
сельскохозяйственные, населенных пунктов,
несельскохозяйственного назначения (промышленности, транспорта,
горных выработок и т. п.). Мировой земельный фонд —
13,4 млрд га.
— лесной фонд — часть земельного фонда Земли, на которой
произрастает или может произрастать лес, выделенный для
ведения сельского хозяйства и организации особо охраняе-
252
мых природных территорий; он является частью
биологических ресурсов;
— водные ресурсы — количество подземных и поверхностных
вод, которые могут быть использованы для различных
целей в хозяйстве (особое значение имеют ресурсы пресных
вод, основным источником которых являются речные воды);
— гидроэнергетические ресурсы — те, которые способна дать
река, приливно-отливная деятельность океана и т. п.;
— ресурсы фауны — количество обитателей вод, лесов,
отмелей, которые может использовать человек, не нарушая
экологического равновесия;
— полезные ископаемые (рудные, нерудные,
топливно-энергетические ресурсы) — природное скопление минералов в
земной коре, которое может быть использовано в
хозяйстве, а скопление полезных ископаемых образует их
месторождения, запасы которых должны иметь промышленное
значение.
С природоохранной точки зрения важное значение имеет
классификация ресурсов по третьему признаку — по степени
истощаемости. Истощение природных ресурсов с
экологических позиций — это несоответствие между безопасными
нормами изъятия природного ресурса из природных систем и недр,
и потребностями человечества (страны, региона, предприятия
и т. д.). На рис. 9.5 приводится схема классификации
природных ресурсов по степени истощаемости.
Неисчерпаемые ресурсы — непосредственно солнечная
энергия и вызванные ею природные силы, — например, ветер
и приливы существуют вечно и в неограниченных
количествах.
Исчерпаемте ресурсы имеют количественные ограничения,
но одни из них могут возобновляться, если есть к этому
естественные возможности или даже с помощью человека
(искусственная очистка воды, воздуха, повышение плодородия почв,
восстановление поголовья диких животных и т. п). Однако очень
важная группа ресурсов не возобновляется. К ним относятся
такие реликты древних биосфер, как топливо и железная руда,
253
а также ряд руд металлов внутриземного (эндогенного)
происхождения. Все они имеют ограниченные запасы в литосфере.
Эти ресурсы конечны и не возобновляются (табл. 9.2).
Конечно, у человека есть возможности заменить наиболее
дефицитные ресурсы на имеющие большее распространение и
большие запасы. Но, как правило, подобно тому, как и при
замене одних экологических ресурсов (например, пищевых в
экосистемах) другими, понижается качество.
Таким образом, одним из важнейших лимитирующих
факторов выживания человека как биологического вида (Homo
sapiens) является ограниченность и исчерпаемость важнейших
для него природных ресурсов. Но человек еще и социальное
существо, поэтому для развития и выживания человеческого
общества очень важен характер использования ресурсов.
В настоящее время человечеству доступны климатические
и космические ресурсы, ресурсы Мирового океана и
континентов. Постоянно растет количественное их потребление, растет
их «ассортимент», зачастую без учета ресурсообеспеченности.
Ресурсообеспеченность — это соотношение между
величиной природных ресурсов и размерами их использования. Она
выражается либо количеством лет, на которое должно хватить
данного ресурса, либо его запасами из расчета на душу
населения. На показатели ресурсообеспеченности прежде всего
влияет богатство или бедность территории природными ресурсами.
Но не меньшее значение имеют и масштабы их потребления
(например, добыча полезных ископаемых), поэтому само
понятие «ресурсообеспеченность» является
социально-экономическим. Таким образом, о ресурсообеспеченности нельзя судить
только по размерам запасов, а надо учитывать интенсивность
извлечения (потребления их обществом).
Потребление природных ресурсов обусловлено прежде
всего тем, что человек, стремясь «снять» влияние лимитирующих
природных факторов, для того, чтобы выжить и победить в
конкурентной борьбе, начал создавать свои, антропогенные
экосистемы.
254
Таблица 9.2
Мировая обеспеченность человеческого общества минеральными ресурсами
Минеральные
ресурсы
Топливно-энергетические:
нефть
газ
уголь
уран
Черные и
легированные
металлы:
железо
марганец
хром
титан
ванадий
вольфрам
молибден
Обеспеченность минеральными
ресурсами (в годах) по литературным
источникам
Земля и
человечество, 1985
35/2020
45/2030
125/2110
70/2050
105/2090
20/2005
45/2030
Геологическая
служба, 1993
45,7/2036
64/2054
330/2320
30-40/2030
172/2162
120/2110
270/2260
65/2055
100/2090
84/2074
50/2040
Минеральные
ресурсы
Цветные металлы:
медь
кобальт
свинец
цинк
олово
алюминий
сурьма
ртуть
Золото
Алмазы
Обеспеченность минеральными
ресурсами (в годах) по литературным
источникам
Земля и
человечество, 1985
50/2035
35/2020
30/2015
24/2007
20/2005
70/2050
25/2010
23/2008
Геологическая
служба, 1993
54/2044
25/2015
25/2015
26/2016
350/2340
21/2011
26,5/2017
Примечание: 1) данные взяты из табл. 28 книги В.Т. Трофимова, Д.Г. Зилинга. «Экологическая геология», Москва:
Геоинформмарк, 2002; 2) в числителе — обеспеченность в годах, в знаменателе — до какого года обеспеченность.
К)
ON
Рис. 9.5. Классификация природных ресурсов по степени истощаемости
Контрольные вопросы
/. В чем отличия и сходство человека по сравнению с
другими видами животного царства?
2. Почему человек стал строить свою собственную
экосистему?
3. Полностью ли человек независим от лимитирующих
факторов?
4. В какие генетические процессы вовлекается ДНК
человека?
5. Почему человек, в отличие от животных, поставил
вид в условия широчайшей экологической ниши?
6. В чем особенности адаптационных процессов в
искусственной, городской среде?
7. Какими факторами ограничен рост человеческой
популяции?
8. Почему в динамике роста человеческой популяции
преобладает экспоненциальная зависимость? Дайте
характеристику демографических пирамид.
9. Что может произойти с человеческой популяцией, если
ее численность достигнет предельной биологической
емкости (12—15млрд человек)?
10. Что такое природные ресурсы и из чего они состоят?
11. Как классифицируются ресуры по источникам
происхождения? по использованию их в производстве? по
степени истощаемости?
12. Что такое ресурсообеспеченность?
ГЛАВА 10
АНТРОПОГЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ
§ 1. Человек и экосистемы
Человек в конкурентной борьбе за выживание в природной
окружающей среде начал строить свои искусственные
антропогенные экосистемы. Примерно 10 тыс. лет назад он перестал
быть «рядовым» консу ментом, собирающим дары природы, и
начал эти «дары» получать сам, посредством своей трудовой
деятельности, создав сельское хозяйство — растениеводство и
животноводство. Освоив сельскохозяйственную модель,
человек исторически подошел к промышленной революции,
которая началась всего 200 лет назад, и до современного
комплексного взаимодействия с окружающей средой по искусственной
модели (рис. 10.1). На современном этапе он для
удовлетворения своих все возрастающих потребностей вынужден изменять
природные экосистемы и даже разрушать их, возможно, и не
желая этого.
Энергия — это изначальная движущая сила экосистем,
причем всех — и природных и антропогенных. Энергетические
ресурсы этих систем могут быть неисчерпаемы — солнце, ветер,
приливы и исчерпаемы — топливно-энергетическими (уголь,
нефть, газ и т. п). Используя топливо, человек может
добавлять энергию в систему или даже полностью ее субсидировать
энергией. Опираясь на эти энергетические особенности
существующих систем, Ю. Одум (1986) предложил их
классификацию, приняв энергию за основу, и выделил «четыре
фундаментальных типа экосистем:
1. Природные: движимые Солнцем, несубсидируемые.
258
Рис. 10.1. Динамика экологической системы «человек — окружающая среда» (Тибор, 1979)
2. Природные, движимые Солнцем, субсидируемые
другими естественными источниками.
3. Движимые Солнцем и субсидируемые человеком.
4. Индустриально-городские, движимые топливом
(ископаемым, другим органическим или ядерным)».
Эта классификация принципиально отличается от биомной,
основанной на структуре экосистем, так как она основана на
свойствах среды. Тем не менее, она хорошо дополняет ее.
Первые два типа — это природные экосистемы, а третий и
четвертый следует отнести к антропогенным.
К первому типу экосистем относятся океаны,
высокогорные леса, являющиеся основой жизнеобеспечения на планете
Земля.
Ко второму типу экосистем относят эстуарии в
приливных морях, речные экосистемы, дождевые леса, т. е. те,
которые субсидируются энергией приливных волн, течений и
ветра.
Хотя экосистемы первого типа неспособны поддерживать
высокую плотность их фауны и флоры, но они занимают
громадные площади — одни океаны — это 70% территории
земного шара. Ими движет энергия только самого Солнца, и они*
являются основой, стабилизирующей и поддерживающей
жизнеобеспечивающие условия на планете.
Экосистемы второго типа обладают высокой естественной
плодородностью, поскольку организмы, проживающие здесь,
например, в эстуариях, приспособились использовать
«дополнительную» энергию приливов и течений, а в дождевых
лесах — энергию ветра и дождя и т. п. Эти системы «производят»
столько первичной биомассы, что ее хватает не только на
собственное содержание, но часть этой продукции может
выноситься в другие системы или накапливаться.
Таким образом, природные экосистемы «работают» на
поддержание своей жизнеспособности и собственного развития без
всяких забот и затрат со стороны человека, более того, в них
создается и заметная доля пищевых продуктов и других
материалов, необходимых уже для жизни самого человека. Но
главное, именно здесь очищаются большие объемы воздуха,
возвращается в оборот пресная вода, формируется климат и др.
Совсем иначе работают антропогенные экосистемы. К ним
260
уже с полным правом можно отнести третий тип — это агро-
экосистемы, аквакультуры, производящие продукты питания
и волокнистые материалы, но уже не только за счет энергии
Солнца, а и дотации ее в форме горючего, поставляемого
человеком.
Эти системы походят на природные, поскольку
саморазвитие культурных растений в период вегетации — это процесс
природный и вызван к жизни природной солнечной энергией. Но
подготовка почвы, сев, уборка урожая и др. — это уже
энергетические затраты человека. Более того, человек практически
целиком меняет природную экосистему, что выражается,
прежде всего, в ее упрощении, т. е. снижении видового
разнообразия, вплоть до сильно упрощенной монокультурной системы
(табл. 10.1).
Таблица 10.1
Сравнение природной и упрощенной антропогенной экосистем
(по Миллеру, 1993)
Природная экосистема
(болото, луг, лес)
Получает, преобразует,
накапливает солнечную энергию
Продуцирует кислород
и потребляет диоксид углерода
Формирует плодородную почву
Накапливает, очищает и
постепенно расходует воду
Создает местообитания
различных видов дикой природы
Бесплатно фильтрует
и обеззараживает загрязнители
и отходы
Обладает способностью
самосохранения
и самовосстановления
Антропогенная экосистема
(поле, завод, дом)
Потребляет энергию
ископаемого и ядерного топлива
Потребляет кислород 1
и продуцирует диоксид углерода
при сгорании ископаемого
топлива
Истощает или представляет
угрозу для плодородных почв
Расходует много воды,
загрязняет ее
Разрушает местообитания J
многих видов дикой природы
Производит загрязнители
и отходы, которые должны
обеззараживаться за счет
населения
Требует больших затрат для 1
постоянного поддержания
и восстановления |
261
Современное сельское хозяйство позволяет постоянно, из
года в год удерживать экосистемы на ранних стадиях
сукцессии, добиваясь максимальной первичной продуктивности
одного или нескольких растений (например, кукурузы,
пшеницы, гороха и т. п). Крестьянам удается добиваться высоких
урожаев, но дорогой ценой, а цена эта обусловлена затратами
на борьбу с сорняками, на минеральные удобрения, на
обработку почв и т. п.
Устойчивое появление новых видов, например, травянистых
растений, есть результат естественного сукцессионного
процесса. То, что мы называем сорняками, — не что иное, как
пионерные виды растений, вредители — насекомые и другие
животные, а возбудители болезней — микроорганизмы. Сорные
растения, вредители и болезни могут уничтожить весь урожай,
если активно не бороться с ними.
Животноводство — это также путь к упрощению
экосистемы; охраняя полезных ему сельскохозяйственных животных,
(коров, свиней, овец и др.), человек уничтожает диких
животных: травоядных, как конкурентов в пищевых ресурсах,
хищников — как уничтожающих домашний скот.
Вылов ценных видов рыб упрощает экосистемы водоемов.
Загрязнение воздушной и водной сред также ведет к гибели
деревьев и рыб и «обирает» природные экосистемы.
В целом же, нетрудно догадаться, что, по мере роста
народонаселения, люди будут вынуждены преобразовывать все
новые зрелые (климаксные) экосистемы в простые молодые
продуктивные (например, путем уничтожения тропических лесов,
осушения болот и т. п.). На поддержание этих систем в
«молодом» возрасте увеличится использование
топливно-энергетических ресурсов. Кроме того, произойдет утрата видового
(генетического) разнообразия и природных ландшафтов (табл. 10.1).
Молодая, продуктивная экосистема очень уязвима из-за
монотипного видового состава, так как в результате какой-то
экологической катастрофы, например засухи, ее уже не
восстановить вследствие разрушения генотипа. Но для жизни
человечества они необходимы, поэтому наша задача — сохранить
баланс между упрощенными антропогенными и
соседствующими с ними более сложными, с богатейшим генофондом,
природными экосистемами, от которых они зависят.
262
Энергетические затраты в сельском хозяйстве велики —
природные плюс субсидируемые человеком и, тем не менее,
самое продуктивное сельское хозяйство находится примерно на
уровне продуктивных природных экосистем.
Продуктивность и тех и других основана на фотосинтезе, а
верхний предел притока энергии для любой постоянной,
длительно функционирующей системы, составляет около 50000
ккал/м2 г. Однако существенное различие между системами в
распределении энергии: в антропогенной она поглощается лишь
несколькими или вообще одним-двумя видами, а в природной —
многими видами и веществами.
Совсем по-другому обстоит дело в экосистемах
четвертого типа, к которым относятся индустриально-городские
системы — здесь энергия топлива полностью заменяет солнечную
энергию. По сравнению с потоком энергии в природных
экосистемах — здесь ее расход на два-три порядка выше. Годовая
потребность человека в пище — около 1 млн ккал, но если
подсчитать затраты энергии на душу населения, существующие
реально, то они окажутся в десятки раз больше (так, в США
они в 86 раз больше). В разных странах эти затраты
отличаются, но особенно большая разница между богатыми странами и
развивающимися — она может быть в странах «третьего мира»
в несколько десятков (до сотни) раз меньше. Эти страны как
бы находятся в стадии экосистемы первого-второго типа, в то
время как развитые страны уже прошли через все четыре типа
экосистем.
В связи со сказанным выше, следует отметить, что
экосистемы третьего и четвертого типа не могут существовать без
природных систем, в то время как природные экосистемы
могут существовать без антропогенных.
§ 2. Сельскохозяйственные экосистемы
(агроэкосистемы)
Главная цель создаваемых сельхозсистем —
рациональное использование тех биологических ресурсов, которые не-
263
посредственно вовлекаются в сферу деятельности
человека — источники пищевых продуктов, технологического
сырья, лекарственных препаратов. Сюда же относятся
специально культивируемые человеком виды, являющиеся
объектами сельскохозяйственного производства: рыбоводства,
звероводства, специального выращивания лесных культур,
а также виды, используемые для промышленных
технологий.
Агроэкосистемы создаются человеком для получения
высокого урожая — чистой продукции автотрофов. Обобщая
все уже сказанное выше об агроэкосистемах, подчеркнем
следующие их основные отличия от природных (табл. 10.2):
1. В них резко снижено разнообразие видов: снижение
видов культивируемых растений снижает и видовое
разнообразие животного населения биоценоза; видовое
разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по
сравнению с природным; культурные пастбища (с подсевом
трав) по видовому разнообразию похожи на
сельскохозяйственные поля.
2. Виды растений и животных, культивируемых
человеком, «эволюционируют» за счет искусственного отбора и
неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без
поддержки человека.
3. Агроэкосистемы получают дополнительную энергию,
субсидируемую человеком, кроме солнечной.
4. Чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы
и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее
использование вредителями, потери при уборке, которые тоже
могут попасть в естественные трофические цепи, всячески
пресекаются человеком.
5. Экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и
других агроценозов — это упрощенные системы,
поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же
неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и
природные пионерные сообщества, а потому не могут существовать
без поддержки человека.
264
Таблица 10.2
Сравнительная характеристика природных экосистем
и агроэкосистем
Природные экосистемы
1 Первичные естественные
элементарные единицы
биосферы, сформировавшиеся
1 в ходе эволюции
[Сложные системы
со значительным количеством
видов животных и растений,
в которых господствуют
популяции нескольких видов. Им
свойственно устойчивое
динамическое равновесие,
1 достигаемое саморегуляцией
1 Продуктивность определяется
приспособительными
особенностями организмов,
участвующих в круговороте
веществ
Первичная продукция
используется животными
и участвует в круговороте
веществ. «Потребление»
происходит почти одновременно
с «производстом»
Агроэкосистемы
Вторичные
трансформированные человеком искусственные
элементарные единицы
биосферы
Упрощенные системы
с господством популяций
одного вида растения или
животного. Они устойчивы
и характеризуются
непостоянством структуры
своей биомассы
Продуктивность определяется
уровнем хозяйственной
деятельности и зависит
от экономических и
технических возможностей
Урожай собирают для
удовлетворения потребностей
человека и на корм скоту.
Живое вещество некоторое
время накапливается, не
расходуясь. Наиболее высокая
продуктивность развивается
лишь на короткое время |
В агроценозах значительно чаще происходит чрезмерное
увеличение отдельных видов, названное Ч. Элтоном
«экологическим взрывом». Из истории известны такие, например,
«экологические взрывы»: в конце XIX столетия грибок фитофторы
уничтожил картофель во Франции и .вызвал голод, а
колорадский жук распространился в Америке до Атлантического
океана и в начале XX в. проник в Западную Европу, в 40-х гг. — в
европейскую часть России. В тяжелое послевоенное время этот
265
жук буквально «очищал» наши поля, поскольку мы были не
готовы к его нашествию.
Чтобы не происходило таких явлений, необходима
искусственная регуляция численности вредителей с быстрым
подавлением тех, которые только пытаются выйти из-под контроля.
При этом часто мнение человека не совпадает с «мнением»
природы об избыточной численности того или иного вредителя.
Так, с позиций естественного отбора стабилизация
численности яблоневой плодожорки на некотором уровне не вредит
существованию яблони как вида, но человеку нужно гораздо
больше качественных плодов для питания. Поэтому в
сельскохозяйственной практике он применяет такие средства для
подавления численности вредителей и в таком количестве, что они
воздействуют во множество раз сильнее, чем природные
абиотические и биотические регуляторы.
Упрощение природного окружения человека, с
экологических позиций, очень опасно. Поэтому нельзя превращать весь
ландшафт в агрохозяйственный, необходимо сохранять и
умножать его многообразие, оставляя нетронутые заповедные
участки, которые могли бы быть источником видов для
восстанавливающихся в сукцессионных рядах сообществ.
§ 3. Индустриально-городские экосистемы
О процессах урбанизации
Урбанизация — это рост и развитие городов, увеличение
доли городского населения в стране за счет сельской
местности, процесс повышения роли городов в развитии общества.
Рост численности населения и его плотности — характерная
черта городов. Исторически самым первым городом с
миллионным населением был Рим во времена Юлия Цезаря (44—10 гг.
до н. э.). Самым большим городом мира в наше время
является Мехико.— 14 млн человек по данным на 1990 г., в 2000 г. в
нем ожидался 31 млн. К 2000 г. рубежа в 16 млн человек
должны были достигнуть и даже превысить его такие города, как
266
Бомбей, Каир, Джакарта и Карачи, рубежа в 20 млн и выше —
Сан-Паулу, Калькутта, Сеул. Население Москвы в 2002 г.
составляло более 10 млн человек.
Общая площадь урбанизированных территорий Земли в
1980 г. составила 4,69 млн км2, а к 2007 г. она достигнет 19
млн км2 — 12,8% всей и более 20% жизнепригодной
территории суши. К 2030 г. практически все население мира будет жить
в поселках городского типа (Реймерс, 1990).
Плотность населения в городах, особенно крупных,
составляет от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч
человек на 1 км2. Как известно, на человека не распространяется
действие факторов, зависящих от плотности популяции,
подавляющих размножение животных: интенсивность роста
населения ими автоматически не снижается. Но объективно
высокая плотность ведет к ухудшению здоровья, к появлению
специфических болезней, связанных, например, с
загрязнением среды, делает обстановку эпидемиологически опасной в
случае вольного или невольного нарушения санитарных норм,
и др.
Особенно интенсивно протекают процессы урбанизации в
развивающихся странах, о чем красноречиво свидетельствуют
вышеприведенные показатели роста численности городов в
ближайшие годы.
Человек сам создает эти сложные урбанистические
системы, преследуя благую цель — улучшить условия жизни, и не
только просто «оградившись» от лимитирующих факторов, но
и создав для себя новую искусственную среду, повышающую
комфортность жизни. Однако это ведет к отрыву человека от
естественной природной обстановки и к нарушению
природных экосистем.
Урбанистические системы
Урбанистическая система (урбосистема) —
«неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из
архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных
экосистем» (Реймерс, 1990).
По мере развития города в нем все более
дифференцируются его функциональные зоны — это промышленная, селитеб-
267
ная, лесопарковая. Промышленные зоны — это территории
сосредоточения промышленных объектов различных отраслей
(металлургической, химической, машиностроительной,
электронной и др.). Они являются основными источниками
загрязнения окружающей среды.
Селитебные зоны — это территории сосредоточения
жилых домов, административных зданий, объектов культуры,
просвещения и т. п.
Лесопарковая — это зеленая зона вокруг города,
окультуренная человеком, т. е. приспособленная для массового
отдыха, спорта, развлечения. Возможны ее участки и внутри
городов, но обычно здесь городские парки — древесные
насаждения в городе, занимающие достаточно обширные территории и
тоже служащие горожанам для отдыха. В отличие от
естественных лесов и даже лесопарков городские парки и подобные
им бодее мелкие посадки в городе (скверы, бульвары) не
являются самоподдерживающимися и саморегулируемыми
системами.
Лесопарковая зона, городские парки и другие участки
территории, отведенные и специально приспособленные для
отдыха людей, называют рекреационными зонами
(территориями, участками и т. п).
Углубление процессов урбанизации ведет к усложнению
инфраструктуры города. Значительное место начинает занимать
транспорт и транспортные сооружения (автомобильные
дороги, автозаправочные станции, гаражи, станции
обслуживания, железные дороги со своей сложной инфраструктурой, в
том числе подземные — метрополитен; аэродромы с
комплексом обслуживания и др.). Транспортные системы пересекают
все функциональные зоны города и оказывают влияние на всю
городскую среду (урбосреду).
Среда, окружающая человека в этих условиях, — это
совокупность абиотической и социальных сред, совместно и
непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство.
Одновременно, по Н. Ф. Реймерсу (1990), ее можно делить на
собственно природную среду и преобразованную человеком
природную среду (антропогенные ландшафты вплоть до
искусственного окружения людей — здания, асфальт дорог, искусственное
освещение и т. д., т. е. до искусственной среды). В целом же
268
среда городская и населенных пунктов городского типа — это
часть техносферы, т. е. биосферы, коренным образом
преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.
Помимо наземной части ландшафта в орбиту
хозяйственной деятельности человека попадает и его литогенная основа,
т. е. поверхностная часть литосферы, которую принято
называть геологической средой (Е. М. Сергеев, 1979).
Геологическая среда — это горные породы, подземные воды, на которые
оказывает воздействие хозяйственная деятельность человека
(рис. 10.2).
На городских территориях, в урбоэкосистемах, можно
выделить группу систем, отражающую всю сложность
взаимодействия зданий и сооружений с окружающей средой, которые
называют природно-техническими системами (Трофимов, Епи-
шин, 1985) (рис. 10.2). Они теснейшим образом связаны с
антропогенными ландшафтами, с их геологическим строением и
рельефом.
Рис. 10.2. Взаимодействие технической системы с внешними
средами: ТС — техническая система; ПТС — природно-техническая
система; ЗВ — зона воздействия (влияния) технической системы
на геологическую среду (по В. А. Королеву, 1995)
269
Таким образом, урбосистемы — это средоточие населения,
жилых и промышленных зданий и сооружений.
Существование урбосистем зависит от энергии горючих ископаемых и атом-
ноэнергетического сырья, искусственно регулируется и
поддерживается человеком.
Среда урбосистем, как ее географическая, так и
геологическая части, наиболее сильно изменена и по сути дела стала
искусственной, здесь возникают проблемы утилизации и
реутилизации вовлекаемых в оборот природных ресурсов,
загрязнения и очистки окружающей среды, здесь происходит все
большая изоляция хозяйственно-производственных циклов от
природного обмена веществ (биогеохимических оборотов) и
потока энергии в природных экосистемах. И, наконец, именно здесь
наибольшая плотность населения и искусственная среда,
которые угрожают не только здоровью человека, но и выживанию
всего человечества. Здоровье человека — индикатор качества
этой среды.
Контрольные вопросы
/. Какой принцип положен Ю. Одумом в основу выделения
четырех фундаментальных типов экосистем?
Перечислите эти типы.
2. Что характерно для первого и второго типа
экосистем (природных)?
3. Чем отличается третий тип экосистем (агроэкосис-
тем) от похожих на них природных экосистем?
4. В чем особенности энергетики чевертого типа
экосистем (индустриально-городских)?
5. Что такое урбанизация и урбанистические системы?
6. Что понимается под природно-технической системой
и искусственной средой?
ГЛАВА 11
ЭКОЛОГИЯ И ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА
Определение здоровья сформулировано в Уставе ВОЗ
следующим образом: «Здоровье — это состояние полного
физического, душевного и социального благополучия, а не только
отсутствие болезней и физических дефектов». От
индивидуального здоровья следует отличать популяционное, или
общественное, здоровье, которое характеризуется системой
статистических демографических показателей, показателей
дееспособности, заболеваемости и т. д. Здоровье человека зависит от
состояния окружающей среды, в которой действуют природно-эко-
логические, социально-экологические и другие факторы.
§ 1. Влияние природно-экологических
факторов на здоровье человека
Изначально Homo sapiens жил в окружающей среде, как и
все консументы экосистемы, и был практически незащищен
от действия ее лимитирующих экологических факторов.
Первобытный человек был подвержен тем же факторам
регуляции и саморегуляции экосистемы, что и весь животный мир,
продолжительность его жизни была небольшой, и весьма
низкой была плотность популяции. Главными из
ограничивающих факторов были гипердинамия и недоедание. Среди
причин смертности на первом месте стояли патогенные
(вызывающие болезни) воздействия природного характера. Особое
значение среди них имели инфекционные болезни,
отличающиеся, как правило, природной очаговостью.
Суть природной очаговости в том, что возбудители
болезней, специфические переносчики и животные аккумуляторы,
хранители возбудителя, существуют в данных природных ус-
271
ловиях (очагах) вне зависимости от того, обитает здесь
человек или нет. Человек может заразиться от диких животных
(«резервуара» возбудителей), проживая в этой местности
постоянно или случайно оказавшись здесь. К таким животным
обычно относятся грызуны, птицы, насекомые и др.
Все эти животные входят в состав биоценоза экосистемы,
связанного с определенным биотопом. Поэтому природные
очаговые болезни тесно связаны с определенной
территорией, с тем или иным типом ландшафта, а значит, с
климатическими его особенностями, например отличаются сезонностью
проявления. Е. П. Павловский (1938), впервые
предложивший понятие природного очага, относил к природно-очаговым
болезням чуму, туляремию, клещевой энцефалит, некоторые
гельминтозы и др. Исследования показали, что в одном очаге
могут содержаться несколько болезней.
Природно-очаговые болезни являлись основной причиной
гибели людей вплоть до начала XX в. Наиболее страшной из
таких болезней была чума, смертность от которой во много
раз превосходила гибель людей в бесконечных войнах
средневековья и более позднего времени.
Чума — острое инфекционное заболевание человека и
животных, относится к карантинным болезням. Возбудителем
является чумной микроб в виде яйцевидной биполярной
палочки. Эпидемии чумы охватывали многие страны мира. В
VI в. до н. э. в Восточной Римской империи за 50 лет погибло
более 100 млн человек. Не менее опустошительной была
эпидемия в XIV в. С XIV в. чума неоднократно отмечалась в
России, в том числе и в Москве. В XIX в. она «косила» людей в
Забайкалье, Закавказье, в Прикаспии и в начале XX в.
наблюдалась даже в портовых городах Черного моря, в том числе и
в Одессе. В XX в. крупные эпидемии регистрировались в
Индии.
Заболевания, связанные с окружающей человека
природной средой, существуют и в настоящее время, хотя с ними
ведется постоянная борьба. Их существование объясняется, в
частности, причинами сугубо экологической природы,
например резистентностью (выработкой сопротивления к
различным факторам воздействия) носителей возбудителей и самих
272
возбудетелей болезней. Характерным примером этих
процессов является борьба с малярией.
Малярия — заболевание, вызываемое заражением
паразитами рода Plasmodeum, передаваемое укусом зараженного
малярийного комара. Это заболевание — экологическая и
социально-экономическая проблема.
В 1955 г., по данным ЮНЕП (1979), число заболевших
малярией составляло от 200 до 255 млн человек из 2,65 млрд,
проживавших в то время в малярийных районах, и умирало
ежегодно примерно 2 млн человек. Против комаров в 1943 г.
начали применять ДДТ, особенно интенсивно — с 1956 г. ДДТ
и другие пестициды — мощные и стойкие, но уже к 70-гг.
число популяций комаров, стойких к ДДТ, возросло
настолько, что число заболевений, например, только в Индии
возросло до 6 млн уже в 1976 г., в то время как в 1966 г. их было
всего 40 тыс. (Состояние окружающей среды, 1978
(выбранные темы), 1979). К 1976 г. 43 вида комаров стали
резистентны к различным инсектицидам. Другой фактор,
препятствующий ликвидации малярии, — у ее паразита появилась
устойчивость к лекарствам от малярии (хлохину и др.).
Все больше внимания уделяется комплексным,
экологически оправданным методам борьбы с малярией — методам
«управления жизненной средой». К ним относятся осушение
заболоченных территорий, уменьшение солености воды и др.
Следующие группы методов — биологические —
использование других организмов для снижения опасности комара; в
40 странах для этого используются не менее 265 видов личи-
ноядных рыб, а также микробы, вызывающие болезни и
гибель комаров.
Чума и другие инфекционные болезни (холера, малярия,
сибирская язва, туляремия, дизентерия, дифтерия,
скарлатина и др.) уничтожали людей различного возраста, в том числе
и репродуктивного. Это обусловило достаточно медленный
рост населения — первый миллиард жителей на Земле
появился в 1860 г. Но открытия Пастера и других в конце XIX в.,
давшие мощный толчок развитию профилактической
медицины XX в. в лечении весьма тяжелых заболеваний, резкое
улучшение санитарно-гигиенических условий жизни,
повышение культурного уровня и образованности человечества в
273
целом привели к резкому снижению заболеваемости природ-
но-очаговыми болезнями, а некоторые из них практически
исчезли в XX в.
К природно-очаговому характеру можно отнести
воздействия на биоту и человека аномальных участков геофизических
полей, т. е. участки на поверхности Земли, отличающиеся
количественными характеристиками от естественного фона,
которые могут стать источником возникновения болезней биоты
и человека. Такое явление называют геопатогенезом, а сами
участки —геопатогенными зонами. Например, геопатогенные
зоны радиоактивных полей воздействуют на организмы
повышенным выделением радона или увеличением содержания
других радионуклидов, С действием возмущений
электромагнитного поля, создаваемых вспышками на Солнце, связывают
болезни у людей, например, при ослабленной сосудистой
системе это повышение артериального давления, головные боли, а в
особо тяжелых случаях — вплоть до инсульта или инфаркта.
Для борьбы с действием естественных факторов
регуляции экосистемы человеку пришлось использовать природные
ресурсы, в том числе и невосполнимые, и создать
искусственную среду для своего выживания.
Искусственная среда также требует адаптации к себе,
которая происходит через болезни. Главную роль в
возникновении болезней в данном случае играют следующие факторы:
гиподинамия, переедание, информационное изобилие,
психоэмоциональный стресс. В связи с этим наблюдается
постоянный рост «болезней века»: сердечно-сосудистых,
онкологических, аллергических заболеваний, психических расстройств и,
наконец, СПИДа и др.
§ 2. Влияние социально-экологических
факторов на здоровье человека
Природная среда сейчас сохранилась лишь там, где она не
была доступна людям для ее преобразования.
Урбанизированная или городская среда — это искусственный мир, соз-
274
данный человеком, не имеющий аналогов в природе и
способный существовать только при постоянном обновлении.
Социальная среда сложно интегрируется с любой
окружающей человека средой и все факторы каждой из сред «тесно
взаимосвязаны между собой и испытывают объективные и
субъективные стороны "качества среды жизни"» (Реймерс, 1994).
Эта множественность факторов заставляет более
осторожно относиться к оценке качества среды жизни человека по
состоянию его здоровья. Необходимо тщательно подходить к
выбору объектов и показателей, диагностирующих среду. Ими
могут быть короткоживущие изменения в организме, по
которым можно судить о разных средах — дом, производство,
транспорт, и долгоживущие в данной конкретной городской
среде, — некоторые адаптации акклиматизационного плана и
др. Влияние городской среды достаточно ярко
подчеркивается определенными тенденциями современного состояния
здоровья человека.
С медико-биологических позиций наибольшее влияние
экологические факторы городской среды оказывают на
следующие тенденции: 1) процесс акселерации; 2) нарушение
биоритмов; 3) аллергизация населения; 4) рост онкологической
заболеваемости и смертности; 5) рост доли лиц с
избыточным весом; 6) отставание физиологического возраста от
календарного; 7) «омоложение» многих форм патологии; 8) абио-
логическая тенденция в организации жизни и др.
Акселерация — это ускорение развития отдельных
органов или частей организма по сравнению с некой
биологической нормой. В нашем случае — увеличение размеров тела и
значительный сдвиг во времени в сторону более раннего
полового созревания. Ученые полагают, что это эволюционный
переход в жизни вида, вызванный улучшающимися
условиями жизни: хорошее питание, «снявшее» лимитирующее
действие пищевых ресурсов, что спровоцировало процессы
отбора, ставшие причиной акселерации.
Биологические ритмы — важнейший механизм
регуляции функций биологических систем, сформировавшийся, как
правило, под воздействием абиотических факторов. В
условиях городской жизни они могут нарушаться. Это прежде
всего относится к циркадным ритмам: новым экологическим
275
фактором стало использование электроосвещения,
продлившего световой день. На это накладывается десинхроноз,
возникает хаотизация всех прежних биоритмов и происходит
переход к новому ритмическому стереотипу, что вызывает
болезни у человека и у всех представителей биоты города, у
которых нарушается фотопериод.
Аллергизация населения — одна из основных новых черт
в измененной структуре патологии людей в городской среде.
Аллергия — извращенная чувствительность или реактивность
организма к тому или иному веществу, так называемому
аллергену (простые и сложные минеральные и органические
вещества). Аллергены по отношению к организму бывают
внешние — экзоаллергены и внутренние — аутоаллергены. Экзо-
аллергены могут быть инфекционными — болезнетворные и
неболезнетворные микробы, вирусы и др. и
неинфекционными — домашняя пыль, шерсть животных, пыльца растений,
лекарственные препараты, другие химические вещества —
бензин, хлорамин и т. п., а также мясо, овощи, фрукты, ягоды,
молоко и др. Аутоаллергены — это кусочки тканей
поврежденных органов (сердце, печень), а также ткани,
поврежденные при ожоге, лучевом воздействии, обморожении и т. п.
Причина аллергических заболеваний (бронхиальная астма,
крапивница, лекарственная аллергия, ревматизм, волчанка
красная, и др.) —- в нарушении иммунной системы человека,
которая в результате эволюции находилась в равновесии с
природной средой. Городская же среда характеризуется резкой
сменой доминирующих факторов и появлением совершенно
новых веществ — загрязнителей, давление которых ранее
иммунная система человека не испытывала. Поэтому аллергия
может возникнуть без особого тому сопротивления организма, и
трудно ожидать, что он вообще станет к ней резистентным.
Онкологическая заболеваемость и смертность —
одна из наиболее показательных медицинских тенденций
неблагополучия в данном городе или, например, в зараженной
радиацией сельской местности (Яблоков, 1989; и др.). Эти
заболевания вызваны опухолями. Опухоли (греч. «onkos») —
новообразования, избыточные патологические разрастания
тканей. Они могут быть доброкачественными — уплотняющими
или раздвигающими окружающие ткани, и злокачествен-
276
ними — прорастающими в окружающие ткани и
разрушающими их. Разрушая сосуды, они попадают в кровь и
разносятся по всему организму, образуя так называемые метастазы.
Доброкачественные опухоли метастазов не образуют.
Развитие злокачественных опухолей, т.е. заболевание
раком, может возникнуть в результате длительного контакта с
определенными продуктами: рак легких — у рудокопов
урановых рудников, рак кожи — у трубочистов, и т. п. Это
заболевание вызывается определенными веществами,
называемыми канцерогенными.
Канцерогенные вещества (греч. «рождающие рак»), или
просто канцерогены, — химические соединения, способные
вызвать злокачественные и доброкачественные
новообразования в организме при воздействии на него. Их известно
несколько сот. По характеру действия они разделяются на три
группы: I) местного действия; 2) органотропные, т. е.
поражающие определенные органы; 3)множественного действия,
вызывающие опухоли в разных органах. К канцерогенам
относятся многие циклические углеводороды, азотокрасители,
алкалирующие соединения. Они содержатся в загрязненном
промышленными выбросами воздухе, в табачном дыме,
каменноугольной смоле и саже. Многие канцерогенные
вещества оказывают мутагенное воздействие на организм.
Помимо канцерогенных веществ опухоли вызывают еще и
опухолеродные вирусы, а также действие некоторых излучений —
ультрафиолетового, рентгеновского, радиоактивного и др.
Кроме человека и животных опухоли поражают и
растения. Они могут быть вызваны грибами, бактериями,
вирусами, насекомыми, действием низких температур. Они
образуются на всех частях и органах растений. Рак корневой
системы приводит к их преждевременной гибели.
В экономически развитых странах смертность от рака
стоит на втором месте. Но не обязательно все виды рака
встречаются в одном и том же районе. Известна приуроченность
отдельных форм рака к тем или иным условиям, например, рак
кожи чаще встречается в жарких странах, где избыток
ультрафиолетового излучения. Но заболеваемость раком
определенной локализации у человека может изменяться в зависимости
от изменений условий его жизни. Если человек переехал в
277
такую местность, где эта форма встречается редко, снижается
опасность заболевания именно данной формой рака и,
соответственно, наоборот.
Таким образом, ярко выделяется зависимость между
раковыми заболеваниями и экологической обстановкой, т. е.
качеством окружающей среды, в том числе и городской.
Экологический подход к этому явлению говорит о том,
что первопричиной рака в большинстве случаев являются
процессы и приспособления обмена веществ к воздействию
новых факторов, отличных от природных, и в частности
канцерогенных веществ. Вообще, рак надо рассматривать как
результат разбалансирования организма, и поэтому его вызвать
может в принципе любой фактор среды или их комплекс,
способные привести организм в разбалансированное состояние.
Например, вследствие превышения верхней пороговой
концентрации загрязнителей воздуха, питьевой воды, токсичных
химических элементов в рационе питания и т. п., т. е. тогда,
когда нормальная регуляция функций организма становится
невозможной (рис. 11.1).
Рис. 11.1. Зависимость регуляторных процессов в организме от
содержания химических элементов в рационе (по В. В.
Ковальскому, 1976)
278
Рост доли лиц с избыточным весом — также явление,
вызванное особенностями городской среды. Переедание,
малая физическая активность и прочее, безусловно, здесь
имеют место. Но избыток питания необходим для создания
энергетических запасов, чтобы противостоять резкому
дисбалансу средовых воздействий. Тем не менее одновременно
наблюдается рост в популяции доли представителей
астенического типа: происходит размывание «золотой середины»
и намечаются две противоположные стратегии адаптации:
стремление к полноте и похуданию (тенденция значительно
слабее). Но и то и другое влечет за собой целый ряд
патогенных последствий.
Рождение на свет большого количества
недоношенных детей, а значит, физически незрелых, — показатель
крайне неблагоприятного состояния среды обитания человека. Оно
связано с нарушениями в генетическом аппарате и просто с
ростом адаптируемости к изменениям среды.
Физиологическая незрелость является результатом резкого дисбаланса со
средой, которая слишком стремительно трансформируется
(Городская среда..., 1990) и может иметь далеко идущие
последствия, в том числе привести к акселерации и другим
изменениям в росте человека.
Современное состояние человека как биологического вида
характеризуется еще целым рядом медико-биологических
тенденций, связанных с изменениями в городской среде: рост
близорукости и кариеса зубов у школьников, возрастание доли
хронических заболеваний, появление ранее неизвестных
болезней — производных научно-технического прогресса:
радиационная, авиационная, автомобильная, лекарственная,
многие профессиональные заболевания и т. д. В большинстве
своем эти болезни есть результат воздействия
антропогенно-экологических факторов, которые рассматриваются во второй
части учебника.
Инфекционные болезни тоже не искоренены в городах.
Количество людей, пораженных малярией, гепатитом и
многими другими болезнями, исчисляется огромными цифрами.
Многие медики считают, что следует говорить не о «победе»,
а лишь о временном успехе в борьбе с этими болезнями. Объ-
279
ясняется это тем, что слишком коротка история борьбы с
ними, а непредсказуемость изменений в городской среде может
свести на нет эти успехи. По данной причине «возврат»
инфекционных агентов фиксируется среди вирусов, а многие
вирусы «отрываются» от природной основы и переходят в новую
стадию, способную жить в среде обитания человека, —
становятся возбудителями гриппа, вирусной формы рака и других
болезней (возможно, такой формой является вирус ВИЧ). По
своему механизму действия эти формы можно приравнять к
природно-очаговым, которые и в городской среде тоже имеют
место (туляремия и др.).
В последние годы в Юго-Восточной Азии люди гибнут от
совершенно новых эпидемий — «атипичная пневмония» в
Китае, «птичий грипп» в Таиланде. По данным НИИ
микробиологии и эпидемиологии им. Пастера (2004) «виноваты» в этом не
только мутагенные вирусы, но и слабая изученность
микроорганизмов — всего их изучено 1—3% от общего количества.
Исследователи просто не знали раньше те микробы, которые
явились причиной «новых» инфекций. Так, за последние 30 лет
ликвидировано 6—8 инфекций, но за этот же период появилось
более 30 новых инфекционных заболеваний, среди которых
ВИЧ-инфекция, гепатиты Е и С, на счету которых уже
миллионы жертв.
Абиологические тенденции, под которыми
понимаются такие черты образа жизни человека, как гиподинамия,
курение, наркомания и другие, тоже являются причиной многих
заболеваний — ожирение, рак, кардиологические болезни и
др. К этому ряду относится и стерилизация среды —
фронтальная борьба с вирусно-микробным окружением, когда
вместе с вредными уничтожаются и полезные формы живого
окружения человека. Это происходит в силу того, что в
медицине еще есть недопонимание важной роли в патологии надор-
ганизменных форм живого, т. е. человеческой популяции.
Поэтому большим шагом вперед является развиваемое
экологией представление о здоровье как о состоянии биосистемы и
его теснейшей связи со средой, а патологические явления при
этом рассматриваются как вызванные ею приспособительные
процессы.
280
В приложении к человеку нельзя отрывать биологическое
от воспринятого в ходе социальной адаптации. Для личности
важна и этническая среда, и форма трудовой деятельности, и
социальная, экономическая определенность — дело лишь в
степени и времени воздействия.
Здоровье людей и особенности демографической
ситуации в России. В России за последние более чем 10 лет
демографическая ситуация стала критической: смертность стала
превышать рождаемость в среднем по стране в 1,7 раза, а в
2000 г. ее превышение достигло двух раз. Сейчас население
России убывает ежегодно на 0,7—0,8 млн человек. По
прогнозу Госкомстата России, к 2050 году оно сократится на 51 млн
человек, или на 35,6% по сравнению с 2000 г., и составит 94
млн человек (В. Ф. Протасов, 2001).
В 1995 г. в России был зарегистрирован один из самых
низких в мире показателей рождаемости — 9,2 младенца на 1000
человек, в то время как в 1987 г. он составлял 17,2 (в США он
был равен 16). Для простого воспроизводства населения
необходима величина коэффициента рождаемости на одну семью
2,14—2,15, а в нашей стране на сегодня он равен 1,4; т. е. в
России налицо процесс сокращения численности человеческой
популяции (явление депопуляции).
Все это произошло в результате резкого изменения
практически на противоположные большинства социальных
факторов почти у 90% населения, что привело 70% населения России
в состояние затяжного психоэмоционального и социального
стресса, который истощает приспособительные и
компенсаторные механизмы, поддерживающие здоровье. Это также одна
из причин и заметного сокращения средней
продолжительности жизни (на 8—10 лет) как мужского — до 57—58 лет, так и
женского — до70—71 года, населения России (последнее место
в Европе).
В.Ф. Протасов (2001) считает, что если события и далее
будут развиваться таким же образом, то «на территории России
в обозримой перспективе возможен «страшный взрыв», с
катастрофически уменьшающейся численностью населения и
снижения продолжительности жизни».
281
§ 3. Гигиена и здоровье человека
Сохранение здоровья или возникновение болезни — это
результат сложных взаимодействий внутренних биосистем
организма и внешних факторов окружающей среды. Познание
этих сложных взаимодействий явилось основой для
возникновения профилактической медицины и ее научной
дисциплины — гигиены.
Гигиена — наука о здоровом образе жизни. Интенсивно
начала развиваться более 100 лет назад благодаря работам
Л. Пастера, Р. Коха, И. И. Мечникова и др. Гигиенисты
первыми увидели связь между средой и здоровьем человека и за
последние десятилетия эта наука получила мощное развитие,
заложив основы современной науки об охране окружающей
среды. Однако у гигиены как отрасли медицинской науки есть
и свои специфические задачи.
Гигиена изучает влияние разнообразных факторов среды
на здоровье человека, его работоспособность и
продолжительность жизни. К ним относятся природные факторы, бытовые
условия и общественно-производственные отношения. В ее
основные задачи входит разработка научных основ санитарного
надзора, обоснование санитарных мероприятий по
оздоровлению населенных пунктов и мест отдыха, охрана здоровья
детей и подростков, разработка санитарного законодательства,
санитарная экспертиза качества пищевых продуктов и предметов
бытового обихода. Важнейшая задача этой науки — разработка
гигиенических нормативов для воздуха населенных мест и
промпредприятий, воды, продуктов питания и материалов для
одежды и обуви человека с целью сохранения его здоровья и
предупреждения заболеваний.
Главным стратегическим направлением в
научно-практической деятельности гигиенистов является научное
обоснование того экологического оптимума, которому обязана
соответствовать среда обитания человека. Этот оптимум должен
обеспечить человеку нормальное развитие, хорошее здоровье,
высокую трудоспособность и долголетие.
От того, насколько верен этот «оптимум» в конкретном
районе, городе и даже регионе, зависит очень многое, и прежде
282
всего надежность и правильность принимаемых решений.
Конечно, задачи охраны окружающей среды и рационального
природопользования значительно шире задач гигиенической
науки, но служат они одной цели — улучшению среды обитания
человека, а следовательно, его здоровья и благополучия.
Здоровье и благополучие человека зависят от решения
множества проблем, в том числе и указанных в этом разделе —
перенаселение Земли в целом и отдельных регионов,
ухудшение среды жизни городов и сельской местности, а отсюда —
ухудшение здоровья людей, возникновение «психологической
усталости» и т. п.
Если гигиена, образно говоря, исходит из задач
улучшения общественного здоровья через повышения качества
окружающей среды на всех ее уровнях, то индивидуальное
здоровье человека всесторонне рассматривает интенсивно
развивающаяся в последнее время отрасль медицины — валео-
логия. «Валеология — теория и практика формирования,
сохранения и укрепления здоровья индивида с
использованием медицинских и парамедицинских технологий» (Г. Л. Апа-
насенко, Л.А. Попова, 2000). Предмет валеологии —
индивидуальное здоровье человека, его механизмы, главным
объектом ее является здоровый человек, а основной задачей
— разработка и реализация методов и способов, которые
позволили бы управлять здоровьем человека таким образом,
чтобы он не стал больным, т. е. объектом традиционной
медицины.
Контрольные вопросы
/. Каким основным ограничивающим факторам был
подвержен первобытный человек?
2. Почему в прошлые времена господствовали
инфекционные болезни?
3. На какие тенденции оказывают наибольшее влияние
экологические факторы городской среды?
283
4. Какие экологические факторы приводят к акселерации,
нарушению биоритмов и аллергизации населения?
5. Как называются вещества, вызывающие
онкологические заболевания?
6. В чем суть абиологических тенденций?
7. Что такое гигиена и гигиенические нормативы?
экологический оптимум среды обитания человека?
Часть II
ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ
РАЗДЕЛ ЧЕТВЕРТЫЙ <М>^^х$х$х$х$>ффф<$^х^>
АНТРОПОГЕННЫЕ
ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА БИОСФЕРУ
Экология стала самым громким словом на
Земле, громче войны и стихии... Звучащее на всех
языках одинаково, оно выражает собой одно и то же
понятие вселенской беды, никогда прежде не
существовавшей в подобных масштабах и тяжести...
В. Г. Распутин (1989)
ГЛАВА 12
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ АНТРОПОГЕННЫХ
ВОЗДЕЙСТВИЙ НА БИОСФЕРУ
Биосфера, весьма динамичная планетарная экосистема, во
все периоды своего эволюционного развития постоянно
изменялась под воздействием различных природных процессов. В
результате длительной эволюции биосфера выработала
способность к саморегуляции и нейтрализации негативных
процессов. Достигалось это посредством сложного механизма
круговорота веществ, рассмотренного нами во втором разделе.
Главным событием эволюции биосферы признавалось
приспособление организмов к изменившимся внешним условиям
286
путем изменения внутривидовой информации. Гарантом
динамической устойчивости биосферы в течение миллиардов лет
служила естественная биота в виде сообществ и экосистем в
необходимом объеме.
Однако по мере возникновения, совершенствования и
распространения новых технологий (охота — земледельческая
культура — промышленная революция) планетарная экосистема,
адаптированная к воздействию природных факторов, все в
большей степени стала испытывать влияние новых небывалых по
силе, мощности и разнообразию воздействий. Вызваны они
человеком, а потому называются антропогенными. Под
антропогенными воздействиями понимают деятельность, связанную
с реализацией экономических, военных, рекреационных,
культурных и других интересов человека, вносящую физические,
химические, биологические и другие изменения в окружающую
природную среду.
Известный эколог Б. Коммонер (1974) выделял пять, по
его мнению, основных видов вмешательства человека в
экологические процессы:
— упрощение экосистемы и разрыв биологических циклов;
— концентрация рассеянной энергии в виде теплового
загрязнения;
— рост числа ядовитых отходов от химических производств;
— введение в экосистему новых видов;
—- появление генетических изменений в организмах растений
и животных.
Подавляющая часть антропогенных воздействий носит
целенаправленный характер, т. е. осуществляется человеком
сознательно во имя достижения конкретных целей. Существуют
и антропогенные воздействия стихийные, непроизвольные,
имеющие характер последействия (Котлов, 1978). Например, к
этой категории воздействий относятся процессы подтопления
территории, возникающие после ее застройки, и др.
Нарушения основных систем жизнеобеспечения биосферы
связаны в первую очередь с целенаправленными
антропогенными воздействиями. По своей природе, глубине и площади
распространения, времени действия и характеру приложения
они могут быть различными (рис. 12.1, по Е. М. Сергееву,
В. Т. Трофимову, 1985).
287
Рис. 12.1. Классификация целенаправленных антропогенных
воздействий на биосферу
288
Анализ экологических последствий антропогенных
воздействий позволяет разделить все их виды на положительные и
отрицательные (негативные). К положительным воздействиям
человека на биосферу можно отнести воспроизводство природных
ресурсов, восстановление запасов подземных вод,
полезащитное лесоразведение, рекультивацию земель на месте разработок
полезных ископаемых и некоторые другие мероприятия.
Отрицательное (негативное) воздействие человека на
биосферу проявляется в самых разнообразных и масштабных
акциях: вырубке леса на больших площадях, истощении запасов
пресных подземных вод, засолении и опустынивании земель,
резком сокращении численности, а также исчезновении видов
животных и растений, и т. д.
Главнейшим и наиболее распространенным видом
отрицательного воздействия человека на биосферу является
загрязнение. Большинство острейших экологических ситуаций в мире,
и в частности в России, так или иначе связаны с загрязнением
окружающей среды (Чернобыль, кислотные дожди, опасные
отходы и т. д.). Поэтому понятие «загрязнение» рассмотрим
подробнее.
Загрязнением называют поступление в окружающую
природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ,
микроорганизмов или энергий (в виде звуков, шумов,
излучений) в количествах, вредных для здоровья человека,
животных, состояния растений и экосистем.
Более развернутую характеристику этого понятия приводит
известный французский ученый Ф. Рамад (1981): «Загрязнение
есть неблагоприятное изменение окружающей среды, которое
целиком или частично является результатом человеческой
деятельности, прямо или косвенно меняет распределение
приходящей энергии, уровни радиации, физико-химические
свойства окружающей среды и условия существования живых существ.
Эти изменения могут влиять на человека прямо или через
сельскохозяйственную продукцию, через воду или другие
биологические продукты (вещества)».
По объектам загрязнения различают загрязнение
поверхностных и подземных вод, загрязнение атмосферного воздуха,
загрязнение почв и т. д. В последние годы актуальными стали
289
и проблемы, связанные с загрязнением околоземного
космического пространства.
Источниками антропогенного загрязнения, наиболее
опасного для популяций любых организмов, являются
промышленные предприятия (химические, металлургические,
целлюлозно-бумажные, строительных материалов и др.),
теплоэнергетика, транспорт, сельскохозяйственное производство и другие
технологии. Под влиянием урбанизации в наибольшей
степени загрязнены территории крупных городов и промышленных
агломераций. Природными загрязнителями могут быть
пыльные бури, вулканический пепел, селевые потоки и др.
По видам загрязнений выделяют химическое, физическое
и биологическое загрязнение (рис. 12.2; по Н. Ф. Реймерсу,
1990; с изменениями). По своим масштабам и
распространению загрязнение может быть локальным (местным),
региональным и глобальным.
Количество загрязняющих веществ в мире огромно, и
число их по мере развития новых технологических процессов
постоянно растет. В этом отношении «приоритет», как в
локальном, так и в глобальном масштабе, ученые отдают следующим
загрязняющим веществам:
— диоксиду серы (с учетом эффекта вымывания диоксида
серы из атмосферы и попадания образующихся серной
кислоты и сульфатов на растительность, почву и в водоемы);
— тяжелым металлам: в первую очередь свинцу, кадмию и
особенно ртути (с учетом цепочек ее миграции и
превращения в высокотоксичную метилртуть);
— некоторым канцерогенным веществам, в частности
бенз(а)пирену;
— нефти и нефтепродуктам в морях и океанах;
— хлорорганическим пестицидам (в сельских районах);
— оксиду углерода и оксидам азота (в городах).
Этот перечень, безусловно, должен быть дополнен
радионуклидами и другими радиоактивными веществами, пагубные
последствия которых для человеческой популяции и экосистем
в полной мере проявились после атомной бомбардировки
Хиросимы и Нагасаки (Япония) и аварии на Чернобыльской АЭС.
290
Рис. 12.2. Виды загрязнения окружающей среды
291
Следует упомянуть и диоксины — весьма опасное
загрязняющее вещество из класса хлоруглеводородов.
23 мая 2001 г. в Стокгольме была принята Конвенция по
стойким органическим загрязнениям (СОЗ), которая обязывает
правительства ликвидировать 12 стойких канцерогенных и
токсичных загрязнений, а именно: алдрин, гептахлор, ДДТ, диэл-
дрин, эндрин, хлордан, мирекс, токсафен, гексахлорбензол, по-
лихлорированные бифенелы, диоксины и фураны. Конвенцию
подписали около 100 стран мира.
Под видами загрязнений понимают также любые
нежелательные для экосистем антропогенные изменения (рис. 12.3;
по Г. В. Стадницкому и А. И. Родионову, 1988):
ингредиентное (минеральное и органическое) загрязнение
как совокупность веществ, чуждых естественным
биогеоценозам (например, бытовые стоки, ядохимикаты,
продукты сгорания и т. д);
параметрическое загрязнение, связанное с изменениями
качественных параметров окружающей среды (тепловое,
шумовое, радиационное, электромагнитное);
биоценотическое загрязнение, вызывающее нарушение в
составе и структуре популяций живых организмов
(перепромысел,, направленная интродукция и акклиматизация
видов и т. д.);
стациалъно-деструкционное загрязнение (стация — место
обитания популяции, деструкция — разрушение),
связанное с нарушением и преобразованием ландшафтов и
экосистем в процессе природопользования (зарегулирование
водотоков, урбанизация, вырубка лесных насаждений и пр.).
Без всякого преувеличения можно отметить, что
воздействие человека на биосферу в целом и на отдельные ее
компоненты (атмосферу, гидросферу, литосферу и биотические
сообщества) достигло к настоящему времени беспрецедентных
размеров. Современное состояние планеты Земля оценивается как
глобальный экологический кризис. Особенно возросли темпы
роста ингредиентных и параметрических загрязнителей,
причем не только в количественном, но и в качественном
отношении. Негативные тенденции этих воздействий на человека и
292
Рис. 12.3. Классификация загрязнения экологических систем
биоту носят не только выраженный локальный, но и
глобальный характер.
Контрольные вопросы
/. Что понимается под антропогенным воздействием на
биосферу?
2. Назовите основные виды вмешательства человека в
экологические процессы.
3. Дайте определение загрязнения окружающей среды.
Укажите его виды, объекты и масштабы.
4. Какие загрязняющие вещества представляют
наибольшую опасность для человеческой популяции и природ-
ных биотических сообществ?
ГЛАВА 13
АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА АТМОСФЕРУ
Вопрос о воздействии человека на атмосферу находится в
центре внимания специалистов и экологов всего мира. И это не
случайно, так как глобальные экологические проблемы
современности — «парниковый эффект», нарушение озонового слоя,
выпадение кислотных дождей, связаны именно с
антропогенным загрязнением атмосферы.
Охрана атмосферного воздуха — ключевая проблема
оздоровления окружающей среды. Атмосферный воздух занимает
особое положение среди других компонентов биосферы.
Значение его для всего живого на Земле невозможно переоценить.
Человек может находиться без пищи пять недель, без воды —
пять дней, а без воздуха всего лишь пять минут. При этом
воздух должен иметь определенную чистоту и любое
отклонение от нормы опасно для здоровья.
Атмосферный воздух выполняет и сложнейшую защитную
экологическую функцию, предохраняя Землю от абсолютно
холодного Космоса и потока солнечных излучений. В атмосфере
идут глобальные метеорологические процессы, формируются
климат и погода, задерживается масса метеоритов..
Атмосфера обладает способностью к самоочищению. Оно
происходит при вымывании аэрозолей из атмосферы
осадками, турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха,
отложении загрязненных веществ на поверхности земли и т. д.
Однако в современных условиях возможности природных
систем самоочищения атмосферы серьезно подорваны. Под
массированным натиском антропогенных загрязнений в атмосфере
295
стали проявляться весьма нежелательные экологические
последствия, в том числе и глобального характера. По этой
причине атмосферный воздух уже не в полной мере выполняет
свои защитные, терморегулирующие и жизнеобеспечивающие
экологические функции.
§ 1. Загрязнение атмосферного воздуха
Под загрязнением атмосферного воздуха следует
понимать любое изменение его состава и свойств, которое
оказывает негативное воздействие на здоровье человека и животных,
состояние растений и экосистем.
Загрязнение атмосферы может быть естественным
(природным) и антропогенным (техногенным).
Естественное загрязнение воздуха вызвано природными
процессами. К ним относятся вулканическая деятельность,
выветривание горных пород, ветровая эрозия, массовое цветение
растений, дым от лесных и степных пожаров и др.
Антропогенное загрязнение связано с выбросом различных
загрязняющих веществ в процессе деятельности человека. По своим
масштабам оно значительно превосходит природное загрязнение
атмосферного воздуха.
В зависимости от масштабов распространения выделяют
различные типы загрязнения атмосферы: местное,
региональное и глобальное. Местное загрязнение характеризуется
повышенным содержанием загрязняющих веществ на небольших
территориях (город, промышленный район,
сельскохозяйственная зона и др.) (рис. 13.1). При региональном загрязнении в
сферу негативного воздействия вовлекаются значительные
пространства, но не вся планета. Глобальное загрязнение связано с
изменением состояния атмосферы в целом.
По агрегатному состоянию выбросы вредных веществ в
атмосферу классифицируются на: 1) газообразные (диоксид
серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды и др.);
2) жидкие (кислоты, щелочи, растворы солей и др.); 3) твер-
296
Рис. 13.1. Местное (локальное) загрязнение атмосферы
дые (канцерогенные вещества, свинец и его соединения,
органическая и неорганическая пыль, сажа, смолистые
вещества и прочие).
Главные загрязнители (поллютанты) атмосферного
воздуха, образующиеся в процессе производственной и иной
деятельности человека — диоксид серы (S02), оксиды азота (NOx),
оксид углерода (СО) и твердые частицы. На их долю
приходится около 98% в общем объеме выбросов вредных веществ.
Помимо главных загрязнителей в атмосфере городов и
поселков наблюдается еще более 70 наименований вредных веществ,
среди которых — формальдегид, фтористый водород,
соединения свинца, аммиак, фенол, бензол, сероуглерод и др.
Однако именно концентрации главных загрязнителей (диоксид
серы и др.) наиболее часто превышают допустимые уровни во
многих городах России.
Суммарный мировой выброс в атмосферу четырех
главных загрязнителей (поллютантов) атмосферы составил в
1990 г. — 401 млн т, а в России в 1991 г. — 26,2 млн т
(табл. 13.1). В 2002 г. в России выбросы в атмосферу диоксида
серы, оксидов азота, оксида углерода и углеводородов только
297
Таблица 13.1
Выброс в атмосферу главных загрязнителей ( поллютантов )
в мире и в России
Вещества,
млн т
Суммарный мировой
выброс
Россия
(только стационарные
источники)
Диоксид
серы
99
9,2
Оксиды
азота
68
3
Iti
177
7,6
Твердые
частицы
57
6,4
Всего
401
26,2
от стационарных источников составили 19, 5 млн тонн. Кроме
указанных главных загрязнителей в атмосферу попадает много
других очень опасных токсичных веществ: свинец, ртуть,
кадмий и другие тяжелые металлы (источники выброса:
автомобили, плавильные заводы и др.); углеводороды (CnHm), среди
них наиболее опасен бенз(а)пирен, обладающий
канцерогенным действием (выхлопные газы, топка котлов и др.),
альдегиды, и в первую очередь формальдегид, сероводород,
токсичные летучие растворители (бензины, спирты, эфиры) и др.
Наиболее опасное загрязнение атмосферы —
радиоактивное. В настоящее время оно обусловлено в основном глобально
распределенными долгоживущими радиоактивными
изотопами — продуктами испытания ядерного оружия,
проводившихся в атмосфере и под землей. Приземный слой атмосферы
загрязняют также выбросы в атмосферу радиоактивных веществ
с действующих АЭС в процессе их нормальной эксплуатации и
другие источники.
Особое место занимают выбросы радиоактивных веществ
из четвертого блока Чернобыльской АЭС в апреле — мае 1986 г.
Если при взрыве атомной бомбы над Хиросимой (Япония) в
атмосферу было выброшено 740 г радионуклидов, то в
результате аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 г. суммарный
выброс радиоактивных веществ в атмосферу составил 77 кг.
Еще одной формой загрязнения атмосферы является ло-
298
кальное избыточное поступление тепла от антропогенных
источников. Признаком теплового (термического) загрязнения
атмосферы служат так называемые термические зоны, например,
«остров тепла» в городах, потепление водоемов и т. п.
В целом, если судить по официальным данным на 2004 г.,
уровень загрязнения атмосферного возуха в нашей стране,
особенно в городах России, остается высоким, несмотря на
значительный спад производства, что связывают прежде всего с
увеличением количества автомобилей.
§ 2. Основные источники загрязнения
атмосферы
В настоящее время «основной вклад» в загрязнение
атмосферного воздуха на территории России вносят:
теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и
городские котельные и др.), далее предприятия черной
металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт,
предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов.
Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении
атмосферы в развитых промышленных странах Запада несколько
иная. Так, например, основное количество выбросов вредных
веществ в США, Великобритании и ФРГ приходится на
автотранспорт (50—60%), тогда как на долю теплоэнергетики
значительно меньше, всего 16—20%.
Тепловые и атомные электростанции. Котельные
установки. В процессе сжигания твердого или жидкого топлива в
атмосферу выделяется дым, содержащий продукты полного
(диоксид углерода и пары воды) и неполного (оксиды углерода,
серы, азота, углеводороды и др.) сгорания. Объем энергетических
выбросов очень велик. Так, современная теплоэлектростанция
мощностью 2,4 млн кВт расходует в сутки до 20 тыс. т угля и
выбрасывает в атмосферу за это время 680 т S02 и S03, 120—
140 т твердых частиц (зола, пыль, сажа), 200 т оксидов азота.
Перевод установок на жидкое топливо (мазут) снижает вы-
299
бросы золы, но практически не уменьшает выбросы оксидов
серы и азота. Наиболее экологично газовое топливо, которое в
три раза меньше загрязняет атмосферный воздух, чем мазут, и
в пять раз меньше, чем уголь.
Источники загрязнения воздуха токсичными
веществами на атомных электростанциях (АЭС) — радиоактивный
йод, радиоактивные инертные газы и аэрозоли. Крупный
источник энергетического загрязнения атмосферы —
отопительная система жилищ (котельные установки) дает мало
оксидов азота, но много продуктов неполного сгорания. Из-за
небольшой высоты дымовых труб токсичные вещества в
высоких концентрациях рассеиваются вблизи котельных
установок.
Черная и цветная металлургия. При выплавке одной
тонны стали в атмосферу выбрасывается 0,04 т твердых частиц,
0,03 т оксидов серы и до 0,05 т оксида углерода, а также в
небольших количествах такие опасные загрязнители, как
марганец, свинец, фосфор, мышьяк, пары ртути и др. В процессе
сталеплавильногр производства в атмосферу выбрасываются
парогазовые смеси, состоящие из фенола, формальдегида,
бензола, аммиака и других токсичных веществ. Существенно
загрязняется атмосфера также на агломерационных фабриках, при
доменном и ферросплавном производстве.
Значительные выбросы отходящих газов и пыли,
содержащих токсичные вещества, отмечаются на заводах цветной
металлургии при переработке свинцово-цинковых, медных,
сульфидных руд, при производстве алюминия и др.
Химическое производство. Выбросы этой отрасли хотя и
невелики по объему (около 2% всех промышленных выбросов),
тем не менее, ввиду своей весьма высокой токсичности,
значительного разнообразия и концентрированности, представляют
значительную угрозу для человека и всей биоты. На
разнообразных химических производствах атмосферный воздух
загрязняют оксиды серы, соединения фтора, аммиак, нитрозные
газы (смесь оксидов азота), хлористые соединения, сероводород,
неорганическая пыль и т. п.).
Выбросы автотранспорта. В мире насчитывается несколь-
300
ко сот миллионов автомобилей, которые сжигают огромное
количество нефтепродуктов, существенно загрязняя атмосферный
воздух, прежде всего в крупных городах. Так, в г. Москве на
долю автотранспорта приходится 80% от общего количества
выбросов в атмосферу. Выхлопные газы двигателей внутреннего
сгорания (особенно карбюраторных) содержат огромное
количество токсичных соединений — бенз(а)пирена, альдегидов,
оксидов азота и углерода и особо опасных соединений свинца (в
случае применения этилированного бензина).
Наибольшее количество вредных веществ в составе
отработанных газов образуется при неотрегулированной топливной
системе автомобиля. Правильная ее регулировка позволяет
снизить их количество в 1,5 раза, а специальные нейтрализаторы
снижают токсичность выхлопных газов в шесть и более раз.
Интенсивное загрязнение атмосферного воздуха отмечается
также при добыче и переработки минерального сырья, на нефте-
и газоперерабатывающих заводах (рис. 13.2), при выбросе пыли
Рис. 13.2. Пути распространения выбросов соединений серы
в районе Астраханского газоперерабатывающего завода (АГПЗ)
(Ю. А. Федоров, 1995)
301
и газов из подземных горных выработок, при сжигании мусора
и горении пород в отвалах (терриконах) и т. д. В сельских
районах очагами загрязнения атмосферного воздуха являются
животноводческие и птицеводческие фермы, промышленные
комплексы по производству мяса, распыление пестицидов и т. д.
«Каждый житель Земли — это и потенциальная жертва
стратегических (трансграничных) загрязнений», — подчеркивает
А. Гор в книге «Земля на чаше весов» (1993). Под
трансграничными загрязнениями понимают загрязнения, перенесенные с
территории одной страны на территорию другой. Только в 1994
г. на европейскую часть России из-за невыгодного ее
географического положения выпало 1204 тыс. т соединений серы от
Украины, Германии, Польши и других стран. В то же время в
других странах от российских источников загрязнения выпало
только 190 тыс. т серы, т. е. в 6,3 раза меньше.
§ 3. Экологические последствия
загрязнения атмосферы
Загрязнение атмосферного воздуха воздействует на
здоровье человека и на окружающую природную среду
различными способами — от прямой и немедленной угрозы (смог
и др.) до медленного и постепенного разрушения
различных систем жизнеобеспечения организма. Во многих
случаях загрязнение воздушной среды нарушает структурные
компоненты экосистемы до такой степени, что регулятор-
ные процессы не в состоянии вернуть их в первоначальное
состояние и в результате механизм гомеостаза не
срабатывает.
Сначала рассмотрим, как влияет на окружающую
природную среду локальное (местное) загрязнение атмосферы, а
затем глобальное.
Физиологическое воздействие на человеческий организм
главных загрязнителей (поллютантов) чревато самыми
серьезными последствиями. Так, диоксид серы, соединяясь с вла-
302
гой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную
ткань человека и животных. Особенно четко эта связь
прослеживается при анализе детской легочной патологии и
степени концентрации диоксида серы в атмосфере крупных
городов. Согласно исследованиям американских ученых, при
уровне загрязнения S02 до 0,049 мг/м3 показатель
заболеваемости (в человека-днях) населения Нэшвилла (США)
составлял 8,1%, при 0,150—0,349 мг/м3 — 12 и в районах с
загрязнением воздуха выше 0,350 мг/м3 — 43,8%. Особенно
опасен диоксид серы, когда он осаждается на пылинках и в
этом виде проникает глубоко в дыхательные пути.
Пыль, содержащая диоксид кремния (Si02), вызывает
тяжелое заболевание легких — силикоз. Оксиды азота
раздражают, а в тяжелых случаях и разъедают слизистые
оболочки, например, глаз, легких, участвуют в образовании
ядовитых туманов и т. д. Особенно опасны они, если содержатся
в загрязненном воздухе совместно с диоксидом серы и
другими токсичными'соединениями. В этих случаях даже при
малых концентрациях загрязняющих веществ возникает
эффект синергизма, т. е. усиление токсичности всей
газообразной смеси.
Широко известно действие на человеческий организм
оксида углерода (угарного газа). При остром отравлении
появляются общая слабость, головокружение, тошнота,
сонливость, потеря сознания, возможен летальный исход (даже
спустя 3—7 дней). Однако из-за низкой концентрации СО в
атмосферном воздухе он, как правило, не вызывает
массовых отравлений, хотя и очень опасен для лиц, страдающих
анемией и сердечно-сосудистыми заболеваниями.
Среди взвешенных твердых частиц наиболее опасны
частицы размером менее 5 мкм, которые способны проникать в
лимфатические узлы, задерживаться в альвеолах легких,
засорять слизистые оболочки.
Весьма неблагоприятные последствия, которые могут
сказываться на огромном интервале времени, связаны и с
такими незначительными по объему выбросами, как свинец,
бенз(а)пирен, фосфор, кадмий, мышьяк, кобальт и др. Они
303
угнетают кроветворную систему, вызывают онкологические
заболевания, снижают сопротивление организма
инфекциям и т. д. Пыль, содержащая соединения свинца и ртути,
обладает мутагенными свойствами и вызывает генетические
изменения в клетках организма.
Последствия воздействия на организм человека вредных
веществ, содержащихся в выхлопных газах автомобилей,
весьма серьезны и имеют широчайший диапазон действия:
от кашля до летального исхода (табл. 13.2). Тяжелые
последствия в организме живых существ вызывает и ядовитая
смесь дыма, тумана и пыли — смог. Различают два типа
смога: зимний смог (лондонский тип) и летний
(лос-анджелесский тип).
Таблица 13.2
Влияние выхлопных газов автомобилей на здоровье человека
( по X. Ф. Френчу, 1992 )
Вредные
вещества
Оксид
углерода
Свинец
1 Оксиды азота
1 Озон
1 Токсичные
выбросы
(тяжелые ме-
1 таллы)
Последствия воздействия на организм человека
Препятствует абсорбированию кровью кислорода,
что ослабляет мыслительные способности,
замедляет рефлексы, вызывает сонливость и может
быть причиной потери сознания и смерти
Влияет на кровеносную, нервную и мочеполовую
системы; вызывает, вероятно, снижение
умственных способностей у детей, откладывается в костях
и других тканях, поэтому опасен в течение
длительного времени
Могут увеличивать восприимчивость организма к
вирусным заболеваниям (типа гриппа),
раздражают легкие, вызывают бронхит и пневмонию
Раздражает слизистую оболочку органов дыхания,
вызывает кашель, нарушает работу легких;
снижает сопротивляемость к простудным заболеваниям;
может обострять хронические заболевания сердца,
а также вызывать астму, бронхит
Вызывают рак, нарушение функций половой
системы и дефекты у новорожденных
304
Лондонский тип смога возникает зимой в крупных
промышленных городах при неблагоприятных погодных условиях
(отсутствие ветра и температурная инверсия). Температурная
инверсия проявляется в повышении температуры воздуха с
высотой в некотором слое атмосферы (обычно в интервале 300—
400 м от поверхности земли) вместо обычного понижения. В
результате циркуляция атмосферного воздуха резко
нарушается, дым и загрязняющие вещества не могут подняться вверх и
не рассеиваются. Нередко возникают туманы. Концентрации
оксидов серы, взвешенной пыли, оксида углерода достигают
опасных для здоровья человека уровней, приводят к
расстройству кровообращения, дыхания, а нередко и к смерти. В 1952 г.
в Лондоне от смога с 3 по 9 декабря погибло более 4 тыс.
человек, до 10 тыс. человек тяжело заболели. В конце 1962 г. в
Руре (ФРГ) смог убил за три дня 156 человек. Рассеять смог
может только ветер, а сгладить смогоопасную ситуацию —
сокращение выбросов загрязняющих веществ.
Лос-анджелесский тип смога, или фотохимический смог, не
менее опасен, чем лондонский. Возникает о\л летом при
интенсивном воздействии солнечной радиации на воздух, насыщенный,
а вернее, перенасыщенный выхлопными газами автомобилей. В
Лос-Анджелесе, выхлопные газы более четырех миллионов
автомобилей выбрасывают только оксидов азота в количестве более
чем тысяча тонн в сутки. При очень слабом движении воздуха
или безветрии в воздухе в этот период идут сложные реакции с
образованием новых высокотоксичных загрязнителей —фотоок-
сидантов (озон, органические перекиси, нитриты и др.), которые
раздражают слизистые оболочки желудочно-кишечного тракта,
легких и органов зрения. Только в одном городе (Токио) смог
вызвал отравление 10 тыс. человек в 1970 г. и 28 тыс. — в 1971 г.
По официальным данным, в Афинах в дни смога смертность в
шесть раз выше, чем в дни относительно чистой атмосферы. В
некоторых наших городах (Кемерово, Ангарск, Новокузнецк, Мед-
ногорск и др.), особенно в тех, которые расположены в низинах, в
связи с ростом числа автомобилей и увеличением выброса
выхлопных газов, содержащих оксид азота, вероятность
образования фотохимического смога увеличивается.
305
Антропогенные выбросы загрязняющих веществ в больших
концентрациях и в течение длительного времени наносят
большой вред не только человеку, но отрицательно влияют на
животных, состояние растений и экосистем в целом.
В экологической литературе описаны случаи массового
отравления диких животных, птиц, насекомых при выбросах
вредных загрязняющих веществ большой концентрации (особенно
залповых). Так, например, установлено, что при оседании на
медоносных растениях некоторых токсичных видов пыли
наблюдается заметное повышение смертности пчел. Что касается
крупных животных, то находящаяся в атмосфере ядовитая пыль
поражает их в основном через органы дыхания, а также поступая в
организм вместе со съеденными запыленными растениями.
В растения токсичные вещества поступают различными
способами. Установлено, что выбросы вредных веществ
действуют как непосредственно на зеленые части растений, попадая
через устьица в ткани, разрушая хлорофилл и структуру
клеток, так и через почву на корневую систему. Так, например,
загрязнение почвы пылью токсичных металлов, особенно в
соединении с серной кислотой, губительно действует на
корневую систему, а через нее и на все растение.
Загрязняющие газообразные вещества по-разному влияют
на состояние растительности. Одни лишь слабо повреждают
листья, хвоинки, побеги (окись углерода, этилен и др.), другие
действуют на растения губительно (диоксид серы, хлор, пары
ртути, аммиак, цианистый водород и др.) (табл. 13.3).
Особенно опасен для растений диоксид серы (S02), под воздействием
которого гибнут многие деревья, и в первую очередь хвойные —
сосны, ели, пихты, кедр.
В результате воздействия высокотоксичных загрязнителей
на растения отмечается замедление их роста, образование
некроза на концах листьев и хвоинок, выход из строя органов
ассимиляции и т. д. Увеличение поверхности поврежденных
листьев может привести к снижению расхода влаги из почвы,
общей ее переувлажненности, что неизбежно скажется на
среде ее обитания.
Способна ли растительность восстановиться после сниже-
306
Таблица 13.3
Токсичность загрязнителей воздуха для растений
( Бондаренко, 1985)
1 Вредные вещества
[Диоксид серы
Фтористый водород
и четырехфтористый
кремний
Хлор, хлористый
водород
Соединения свинца,
углеводороды, оксид
углерода, оксиды
азота
Сероводород
Аммиак
Характеристика
Основной загрязнитель, яд для
ассимиляционных органов растений, действует на
расстоянии до 30 км
Токсичны даже в небольших количествах,
склонны к образованию аэрозолей,
действуют на расстоянии до 5 км
Повреждают в основном на близком
расстоянии
Заражают растительность в районах
высокой концентрации промышленности
и транспорта
Клеточный и ферментный яд
Повреждает растения на близком
расстоянии |
ния воздействия вредных загрязняющих веществ? Во многом это
будет зависеть от восстанавливающей способности оставшейся
зеленой массы и общего состояния природных экосистем. В то
же время следует заметить, что невысокие концентрации
отдельных загрязнителей не только не вредят растениям, но и, как,
например, кадмиевая соль, стимулируют прорастание семян,
прирост древесины, рост некоторых органов растений.
§ 4. Экологические последствия
глобального загрязнения атмосферы
К важнейшим экологическим последствиям глобального
загрязнения атмосферы относятся:
1) возможное потепление климата («парниковый эффект»);
2) нарушение озонового слоя;
3) выпадение кислотных дождей.
307
Большинство ученых в мире рассматривают их как
крупнейшие экологические проблемы современности.
Возможное потепление климата
(«парниковый эффект»)
Наблюдаемое в настоящее время изменение климата,
которое выражается в постепенном повышении среднегодовой
температуры начиная со второй половины прошлого века,
большинство ученых связывают с накоплением в атмосфере так
называемых «парниковых газов» — диоксида углерода (С02),
метана (СН4), хлорфторуглеродов (фреонов), озона (03), оксидов
азота и др.
Парниковые газы, и в первую очередь С02, препятствуют
длинноволновому тепловому излучению с поверхности Земли. По
Г. Хефлингу (1990), атмосфера, насыщенная парниковыми
газами, действует как крыша теплицы. Она, с одной стороны,
пропускает внутрь большую часть солнечного излучения, с другой —
почти не пропускает наружу тепло, переизлучаемое Землей.
В связи со сжиганием человеком все большего количества
ископаемого топлива: нефти, газа, угля и др. (ежегодно более
9 млрд т условного топлива) концентрация СО, в атмосфере
постоянно увеличивается. За счет выбросов в атмосферу при
промышленном производстве и в быту растет содержание
фреонов (хлорфторуглеродов). На 1—1,5 % в год увеличивается
содержание метана (выбросы из подземных горных выработок,
сжигание биомассы, выделение крупным рогатым скотом и др.).
В меньшей степени растет содержание в атмосфере и оксида
азота (на 0,3% ежегодно).
Следствием увеличения концентраций этих газов,
создающих «парниковый эффект», является рост средней глобальной
температуры воздуха у земной поверхности. За последние 100
лет наиболее теплыми были 1980, 1981, 1983, 1987 и 1988 гг. В
1988 г. среднегодовая температура оказалась на 0,4 °С выше,
чем в 1950—1980 гг. Расчеты некоторых ученых показывают,
что в 2005 г. она повысится на 1,3 °С по сравнению с 1950—
198.0 гг. В докладе, подготовленном под эгидой ООН междуна-
308
родной группой по проблемам климатических изменений,
утверждается, что к 2100 г. температура на Земле станет выше на
2—4 С°. Масштабы потепления за этот относительно короткий
срок будут сопоставимы с потеплением, произошедшим на
Земле после ледникового периода, а значит, экологические
последствия могут быть катастрофическими. В первую очередь это
связано с предполагаемым повышением уровня Мирового
океана вследствие таяния полярных льдов, сокращения площадей
горного оледенения и т. д. Моделируя экологические
последствия повышения уровня океана всего лишь на 0,5—2,0 м к
концу XXI в., ученые установили, что это неизбежно приведет
к нарушению климатического равновесия, затоплению
приморских равнин в более чем 30 странах, деградации многолетне-
мерзлых пород, заболачиванию обширных территорий и к
другим неблагоприятным последствиям.
Однако ряд ученых видят в предполагаемом глобальном
потеплении климата и положительные экологические последствия
(Вронский, 1993; Парниковый эффект..., 1989). Повышение
концентрации С02 в атмосфере и связанное с ним увеличение
фотосинтеза, а также увеличение увлажнения климата могут, по их
мнению, привести к росту продуктивности как естественных фи-
тоценозов (лесов, лугов, саванн и др.), так и агроценозов
(культурных растений, садов, виноградников и др.).
По вопросу о степени влияния парниковых газов на
глобальное потепление климата также нет единства во мнениях.
Так, в отчете Межправительственной группы экспертов по
проблеме изменения климата (1992) отмечается, что наблюдаемое
в последнее столетие потепление климата на 0,3—0,6 °С могло
быть обусловлено преимущественно природной изменчивостью
ряда климатических факторов.
В связи с этими данными академик.К. Я. Кондратьев (1993)
считает, что нет никаких оснований для одностороннего
увлечения стереотипом «парникового» потепления и выдвижения
задачи по сокращению выбросов парниковых газов как
центральной в проблеме предотвращения нежелательных изменений
глобального климата.
По его мнению, важнейшим фактором антропогенного воз-
309
действия на глобальный климат является деградация
биосферы, а следовательно, в первую очередь необходимо
заботиться о сохранении биосферы как основного фактора глобальной
экологической безопасности. Человек, используя мощность
порядка 10 ТВт, разрушил или сильно нарушил на 60% суши
нормальное функционирование естественных сообществ
организмов (Данилов-Данильян, Горшков и др., 1995). В
результате из биогенного круговорота веществ изъята значительная
их масса, которая ранее затрачивалась биотой на
стабилизацию климатических условий. На фоне постоянного
сокращения площадей с ненарушенными сообществами
деградированная, резко снизившая свою ассимилирующую емкость
биосфера становится важнейшим источником повышенного
выброса в атмосферу диоксида углерода и других парниковых
газов.
На международной конференции в Торонто (Канада) в
1985 г. перед энергетикой всего мира поставлена задача
сократить к 2005 г. на 20% промышленные выбросы углерода в
атмосферу. На Конференции ООН в Киото (Япония) в 1997 г.
правительствами большинства стран мира подписан Киотский
протокол — международное соглашение о контроле за
выбросами парниковых газов в 2008—2012 гг. Цель протокола — в
течение 5 лет создать новый экономический механизм
снижения выбросов — торговлю квотами и проекты совместного
осуществления. Торговля квотами заключается в том, что страны,
подписавшие протокол, могут перераспределять между собой
(например, перепродавать) разрешенные им в течение
определенного срока объемы выбросов. К 2012 г. предусматривается
снизить выброс основных типов газов, вызывающих
парниковый эффект, на 5,2% по сравнению с уровнем 1990 г.
Протокол уже ратифицирован 124 государствами, а после
ратификации его Российской Федерацией (в 2005 г.)
автоматически вступил в силу. Но очевидно, что ощутимый
экологический эффект может быть получен лишь при сочетании этих мер
с глобальным направлением экологической политики —
максимально возможным сохранением сообществ организмов,
природных экосистем и всей биосферы Земли.
310
Нарушение озонового слоя
Озоновый слой (озоносфера) охватывает весь земной шар
и располагается на высотах от 10 до 50 км с максимальной
концентрацией озона на высоте 20—25 км. Насыщенность
атмосферы озоном постоянно меняется в любой части планеты,
достигая максимума весной в приполярной области.
Впервые истощение озонового слоя привлекло внимание
широкой общественности в 1985 г., когда над Антарктидой
было обнаружено пространство с пониженным (до 50%)
содержанием озона, получившее название «озоновой дыры». С тех пор
результаты измерений подтверждают повсеместное
уменьшение озонового слоя практически на всей планете. Так,
например, в России за последние 10 лет концентрация озонового слоя
снизилась на 4—6% в зимнее время и на 3% — в летнее.
В настоящее время истощение озонового слоя признано
всеми как серьезная угроза глобальной экологической безопасности.
Снижение концентрации озона ослабляет способность
атмосферы защищать все живое на Земле от жесткого ультрафиолетового
излучения (УФ-радиация). Живые организмы весьма уязвимы для
ультрафиолетового излучения, ибо энергии даже одного фотона
из этих лучей достаточно, чтобы разрушить химические связи в
большинстве органических молекул. Не случайно поэтому в
районах с пониженным содержанием озона многочисленны
солнечные ожоги, наблюдается рост заболеваемости людей раком кожи
и др. Так, например, по мнению ряда ученых-экологов, к 2030 г. в
России при сохранении нынешних темпов истощения озонового
слоя заболеют раком кожи дополнительно 6 млн человек. Кроме
кожных заболеваний возможно развитие глазных болезней
(катаракта и др.), подавление иммунной системы и т. д.
Установлено также, что растения под влиянием сильного
ультрафиолетового излучения постепенно теряют свою
способность к фотосинтезу, а нарушение жизнедеятельности
планктона приводит к разрыву трофических цепей биоты водных
экосистем, и т. д.
Наука еще до конца не установила, каковы же основные
процессы, нарушающие озоновый слой. Предполагается как
естественное, так и антропогенное происхождение «озоновых
311
дыр». Последнее, по мнению большинства ученых, более
вероятно и связано с повышенным содержанием
хлорфторуглеродов (фреонов). Фреоны широко применяются в промышленном
производстве и в быту (хладоагрегаты, растворители,
распылители, аэрозольные упаковки и др.). Поднимаясь в
атмосферу, фреоны разлагаются с выделением оксида хлора,
губительно действующего на молекулы озона.
По данным международной экологической организации
«Гринпис», основными поставщиками хлорфторуглеродов
(фреонов) являются США — 30,85%, Япония — 12,42;
Великобритания — 8,62 и Россия — 8,0%. США пробили в озоновом слое
«дыру» площадью 7 млн км2, Япония — 3 млн км2, что в семь
раз больше, чем площадь самой Японии. В последнее время в
США и ряде западных стран построены заводы по
производству новых видов хладореагентов (гидрохлорфторуглеродов) с
низким потенциалом разрушения озонового слоя.
Согласно протоколу Монреальской конференции (1987 г.),
пересмотренному затем в Лондоне (1991 г.) и Копенгагене
(1992 г.), предусматривалось снижение выбросов
хлорфторуглеродов к 1998 г. на 50%. В соответствии с Законом РФ «Об -
охране окружающей среды» (2002) охрана озонового слоя
атмосферы от экологически опасных изменений обеспечивается
посредством регулирования производства и использования
веществ, разрушающих озоновый слой атмосферы, на основе
международных договоров Российской Федерации и ее
законодательства. В будущем необходимо продолжать решать
проблему защиты людей от УФ-радиации, поскольку многие из
хлорфторуглеродов могут сохраняться в атмосфере сотни лет.
Ряд ученых продолжают настаивать на естественном
происхождении «озоновой дыры». Причины ее возникновения одни
видят в естественной изменчивости озоносферы, циклической
активности Солнца, другие связывают эти процессы с рифтогене-
зом и дегазацией Земли, т. е. с прорывом глубинных газов
(водород, метан, азот и др.) через рифтовые разломы земной коры.
312
Кислотные дожди
Одна из важнейших экологических проблем, с которой
связывают окисление природной среды, — кислотные дожди.
Образуются они при промышленных выбросах в атмосферу
диоксида серы и оксидов азота, которые, соединяясь с атмосферной
влагой, образуют серную и азотную кислоты (рис. 13.3). В
результате дождь и снег оказываются подкисленными (число рН
ниже 5,6). В Баварии (ФРГ) в августе 1981 г. выпадали дожди
с кислотностью рН=3,5. Максимальная зарегистрированная
кислотность осадков в Западной Европе рН=2,3.
Суммарные мировые антропогенные выбросы двух
главных загрязнителей воздуха — виновников подкисления
атмосферной влаги — S02 и NOr составляют ежегодно более 255
млн т (1994 г.). На огромной территории природная среда за-
кисляется, что весьма негативно отражается на состоянии всех
экосистем. Выяснилось, что природные экосистемы
подвергаются разрушению даже при меньшем уровне загрязнения
Рис. 13.3. Кислотные дожди: их причина и вредное влияние
(Окружающая среда..., 1993)
313
воздуха, чем тот, который опасен для человека. «Озера и
реки, лишенные рыбы, гибнущие леса — вот печальные
последствия индустриализации планеты» (X. Френч, 1992).
Опасность представляют, как правило, не сами кислотные
осадки, а протекающие под их влиянием процессы. Под
действием кислотных осадков из почвы выщелачиваются не только
жизненно необходимые растениям питательные вещества, но и
токсичные тяжелые и легкие металлы — свинец, кадмий,
алюминий и др. Впоследствии они сами или образующиеся
токсичные соединения усваиваются растениями и другими
почвенными организмами, что ведет к весьма негативным последствиям.
Например, возрастание в подкисленной воде содержания
алюминия всего лишь до 0,2 мг на один литр летально для рыб.
Резко сокращается развитие фитопланктона, так как фосфаты,
активизирующие этот процесс, соединяются с алюминием и
становятся менее доступными для усвоения. Алюминий снижает
также прирост древесины. Токсичность тяжелых металлов
(кадмия, свинца и др.) проявляется еще в большей степени.
Пятьдесят миллионов гектаров леса в 25 европейских
странах страдают от действия сложной смеси загрязняющих
веществ, включающей кислотные дожди, озон, токсичные
металлы и др. Так, например, гибнут хвойные горные леса в
Баварии. Отмечены случаи поражения хвойных и лиственных
лесов в Карелии, Сибири и в других районах нашей страны.
Воздействие кислотных дождей снижает устойчивость
лесов к засухам, болезням, природным загрязнениям, что
приводит к еще более выраженной их деградации как природных
экосистем.
Ярким примером негативного воздействия кислотных
осадков на природные экосистемы является закисление озер.
Особенно интенсивно оно происходит в Канаде, Швеции,
Норвегии и на юге Финляндии (табл. 13.4). Объясняется это тем,
что значительная часть выбросов серы в таких промышленно
развитых странах, как США, ФРГ и Великобритании,
выпадают именно на их территории (рис. 13.4). Наиболее уязвимы
в этих странах озера, так как коренные породы, слагающие их
ложе, обычно представлены гранито-гнейсами и гранитами,
314
Таблица 13.4
Закисление озер в мире
(по данным «XX век: последние 10 лет», 1992)
Г Страна
Канада
ГНорвегия
[Швеция
[Финляндия
США
Состояние озер |
Более 14 тыс. озер сильно закислены; каждому
седьмому озеру на востоке страны нанесен биологический
ущерб
В водоемах общей площадью 13 тыс. км2 уничтожена
рыба и еще на 20 тыс. км2 - поражена
В 14 тыс. озер уничтожены наиболее чувствительные к
уровню кислотности виды; 2200 озер практически
безжизненны
8. % озер не обладают способностью к нейтрализации
кислоты. Наиболее закисленные озера в южной части
страны
В стране около 1 тыс. подкисленных озер и 3 тыс. поч- 1
ти кислотных (данные фонда охраны окружающей
среды). Исследования АООС в 1984 г. показали, что 522
озера имеют сильную кислотную среду и 964 находятся
на грани этого
не способными нейтрализовать кислотные осадки, в отличие,
например, от известняков, которые создают щелочную среду
и препятствуют закислению. Сильно закислены и многие озера
на севере США.
Закисление озер опасно не только для популяций
различных видов рыб (в том числе лососевых, сиговых и др.), но
часто влечет за собой постепенную гибель планктона,
многочисленных видов водорослей и других его обитателей. Озера
становятся практически безжизненными.
В нашей стране площадь значительного закисления от
выпадения кислотных осадков достигает несколько десятков
миллионов гектаров. Отмечены и частные случаи закисления озер
(Карелия и др.). Повышенная кислотность осадков
наблюдается вдоль западной границы (трансграничный перенос серы и
других загрязняющих веществ) и на территории ряда крупных
промышленных районов, а также фрагментарно на побережье
Таймыра и в Якутии.
315
Рис. 13.4. Загрязнение (окисление) почвы в странах Северной
Европы вследствие выпадения кислотных дождей, переносящих из
промышленных районов Англии, ФРГ и Польши большое
количество оксидов серы (S02). Цифрами показана кислотность
поверхностных вод
Контрольные вопросы
/. Почему охрана природного воздуха считается
ключевой проблемой оздоровления окружающей среды?
2. Назовите главные загрязнители атмосферного
воздуха.
3. Оцените роль различных отраслей хозяйства в
загрязнении атмосферы.
4. Приведите примеры пагубного влияния
высокотоксичных загрязнителей на живые организмы.
316
5. Как называется ядовитая смесь дыма, тумана и пыли?
К каким экологическим последствиям она приводит?
6. Какой загрязнитель атмосферного воздуха наиболее
опасен для хвойных деревьев? Раскройте механизм
проникновения токсичного вещества в растения.
7. Каковы важнейшие экологические последствия
глобального загрязнения атмосферы?
8. Чем вызваны кислотные дожди?
9. Почему истощение озонового слоя Земли относится к
числу важнейших экологических проблем?
ГЛАВА 14
АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА ГИДРОСФЕРУ
Существование биосферы и человека всегда было основано
на использовании воды. Человечество постоянно стремилось к
увеличению водопотребления, оказывая на гидросферу
огромное многообразное давление.
На нынешнем этапе развития техносферы, когда в мире
еще в большей степени возрастает воздействие человека на
биосферу, а природные системы в значительной степени утратили
свои защитные свойства, очевидно, необходимы новые
подходы, «осознание реальностей и тенденций, появившихся в мире
в отношении природы в целом и ее составляющих» (Лосев,
1989). В полной мере это относится к осознанию такого
страшного зла, каким является в наше время загрязнение и
истощение поверхностных и подземных вод.
§ 1. Загрязнение гидросферы
Под загрязнением водоемов понимают снижение их
биосферных функций и экологического значения в результате
поступления в них вредных веществ.
Загрязнение вод проявляется в изменении физических и
органолептических свойств (нарушение прозрачности,
окраски, запахов, вкуса), увеличении содержания сульфатов,
хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, сокращении
растворенного в воде кислорода воздуха, появлении
радиоактивных элементов, болезнетворных бактерий и других
загрязнителей.
Россия обладает одним из самых высоких водных потен-
318
циалов в мире — на каждого жителя России приходится
свыше 30 000 м3/год воды. Однако в настоящее время из-за
загрязнения или засорения около 70% рек и озер России
утратили свои качества как источника питьевого водоснабжения, в
результате около половины населения потребляют
загрязненную недоброкачественную воду (Государственный доклад
«Вода питьевая», 1995).
Нарушено исторически сложившееся равновесие в водной
среде Байкала — уникальнейшем озере нашей планеты,
которое, по подсчетам ученых, могло бы обеспечивать чистой
водой все человечество в течение почти полустолетия. Только
за последние 15 лет загрязнено более 100 км3 байкальской
воды. На акваторию озера ежегодно поступает более 8500 т
нефтепродуктов, 750 т нитратов, 13 тыс. т хлоридов и других
загрязнителей. Ученые полагают, что только размеры озера и
огромный объем водной массы, а также способность биоты
участвовать в процессах самоочищения спасают экосистему
Байкала от полной деградации.
Главные загрязнители вод. Установлено, что более 400
видов веществ могут вызвать загрязнение вод. В случае
превышения допустимой нормы хотя бы по одному из трех
показателей вредности: санитарно-токсикологическому,
общесанитарному или органолептическому, вода считается
загрязненной.
Различают химические, биологические и физические
загрязнители (П. Бертокс, 1980). Среди химических
загрязнителей к наиболее распространенным относят нефть и
нефтепродукты, СПАВ (синтетические поверхностно-активные
вещества), пестициды, тяжелые металлы, диоксины и др.
(табл. 14.1). Очень опасно загрязняют воду биологические
загрязнители, например вирусы и другие болезнетворные
микроорганизмы, и физические — радиоактивные вещества,
тепло и др.
Основные виды загрязнения вод. Наиболее часто
встречается химическое и бактериальное загрязнение. Значительно
реже наблюдается радиоактивное, механическое и тепловое
загрязнение.
Химическое загрязнение — наиболее распространенное,
319
Таблица 14.1
Главные загрязнители воды
Химические за-
1 грязнители
Г Кислоты
Щелочи
Соли
Нефть и
нефтепродукты
Пестициды
Диоксины
Тяжелые металлы
Фенолы
Аммонийный
и нитритный азот
СПАВ
Биологические
загрязнители
Вирусы
Бактерии
Другие
болезнетворные организмы
Водоросли
Лигнины
Дрожжевые и
плесневые грибки
Физические загряз- 1
нители
Радиоактивные эле-
менты
Взвешенные твердые
частицы
Тепло
Органолептические
(цвет, запах)
Шлам
Песок
Ил
Глина
стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть
органическим (фенолы, нафтеновые кислоты, пестициды и др.) и
неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсичным
(мышьяк, соединения ртути, свинца, кадмия и др.) и нетоксичным.
При осаждении на дно водоемов или при фильтрации в
пласте вредные химические вещества сорбируются частицами
пород, окисляются и восстанавливаются, выпадают в осадок, и
т. д., однако, как правило, полного самоочищения
загрязненных вод не происходит. Очаг химического загрязнения
подземных вод в сильно проницаемых грунтах может
распространяться до 10 км и более.
Бактериальное загрязнение выражается в появлении в
воде патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших,
грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный
характер.
Весьма опасно содержание в воде, даже при очень малых
концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих
радиоактивное загрязнение. Наиболее вредны «долгоживущие»
радиоактивные элементы, обладающие повышенной способно-
320
стью к передвижению в воде (стронций-90, уран, радий-226,
цезий и др.). Радиоактивные элементы попадают в
поверхностные водоемы при сбрасывании в них радиоактивных
отходов, захоронении отходов на дне и др. В подземные воды уран,
стронций и другие элементы попадают как в результате
выпадения их на поверхность земли в виде радиоактивных
продуктов и отходов и последующего просачивания в глубь земли
вместе с атмосферными водами, так и в результате
взаимодействия подземных вод с радиоактивными горными породами.
Механическое загрязнение характеризуется попаданием в
воду различных механических примесей (песок, шлам, ил и
др.). Механические примеси могут значительно ухудшать ор-
ганолептические показатели вод.
Применительно к поверхностным водам выделяют еще их
загрязнение (а точнее, засорение) твердыми отходами
(мусором), остатками лесосплава, промышленными и бытовыми
отходами, которые ухудшают качество вод, отрицательно
влияют на условия обитания рыб, состояние экосистем.
Тепловое загрязнение связано с повышением температуры
вод в результате их смешивания с более нагретыми
поверхностными или технологическими водами. Так, например,
известно, что на площадке Кольской атомной станции,
расположенной за Полярным кругом, через 7 лет после начала
эксплуатации температура подземных вод повысилась с 6 до 19 °С
вблизи главного корпуса. При повышении температуры
происходит изменение газового и химического состава в водах, что
ведет к размножению анаэробных бактерий, росту количества гид-
робионтов и выделению ядовитых газов — сероводорода,
метана. Одновременно происходит «цветение» воды, а также
ускоренное развитие микрофлоры и микрофауны, что
способствует развитию других видов загрязнения. По существующим
санитарным нормам температура водоема не должна
повышаться более чем на 3 °С летом и 5 °С зимой, а тепловая нагрузка
на водоем не должна превышать 12—17 кДж/м3.
Основные источники загрязнения поверхностных и
подземных вод. Процессы загрязнения поверхностных вод
обусловлены различными факторами. К основным из них
относятся: 1) сброс в водоемы неочищенных сточных вод; 2) смыв
321
ядохимикатов ливневыми осадками; 3) газодымовые выбросы;
4) утечки нефти и нефтепродуктов.
Наибольший вред водоемам и водотокам причиняет выпуск
в них неочищенных сточных вод — промышленных,
коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др. (рис. 14.1).
Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы
самыми разнообразными компонентами (табл. 14.2) в
зависимости от специфики отраслей промышленности. Следует
заметить, что в настоящее время объем сброса промышленных
сточных вод во многие водные экосистемы не только не
уменьшается, но и продолжает расти. Так, например, в оз. Байкал,
вместо планируемого прекращения сброса сточных вод из ЦБК
(целлюлозно-бумажного комбината) и перевода их на замк-
Рис. 14.1. Сброс неочищенных сточных вод в реку
322
нутый цикл водопотребления, сбрасывается огромное
количество сточных вод.
Таблица 14.2
Приоритетные загрязнители водных экосистем по отраслям
промышленности
Отрасль промышленности
[Нефтегазодобыча,
нефтепереработка
1 Целлюлозно-бумажный
комплекс, лесная
промышленность
[Машиностроение,
металлообработка, металлургия
1 Химическая
промышленность
Горнодобывающая ,
угольная
1 Легкая, текстильная,
пищевая
Преобладающий вид загрязняющих
компонентов
Нефтепродукты, СПАВ, фенолы,
аммонийные соли, сульфиды
Сульфаты, органические вещества,
лигнины, смолистые и жирные
вещества, азот
Тяжелые металлы, взвешенные веще-
ства, фториды, цианиды, аммонийный
азот, нефтепродукты, фенолы, смолы
Фенолы, нефтепродукты, СПАВ,
ароматические углеводороды, неорганика
Флотореагенты, неорганика, фенолы,
взвешенные вещества
СПАВ, нефтепродукты, органические
красители, друГие органические
вещества
Коммунально-бытовые сточные воды в больших
количествах поступают из жилых и общественных зданий,
прачечных, столовых, больниц, и т. д. Б сточных водах этого
типа преобладают различные органические вещества, а
также микроорганизмы, что может вызвать бактериальное
загрязнение.
Огромное количество таких опасных загрязняющих
веществ, как пестициды, аммонийный и нитратный азот,
фосфор, калий и др., смываются с сельскохозяйственных
территорий, включая площади, занимаемые
животноводческими комплексами (рис. 14.2). По большей части они
попадают в водоемы и в водотоки без какой-либо очистки, а
потому имеют высокую концентрацию органического вещества,
биогенных элементов и других загрязнителей.
323
Рис. 14.2. Ферма вблизи малой реки. Не исключено попадание
неочищенных канализационных стоков в реку, от чего погибнет все
живое (фото Н. А. Якименко)
Значительную опасность представляют газо-дымовые
соединения (аэрозоли, пыль и т. д.), оседающие из атмосферы
на поверхность водосборных бассейнов и непосредственно на
водные поверхности. Плотность выпадения, например,
аммонийного азота на европейской территории России
оценивается в среднем в 0,3 т/км2, а серы — от 0,25 до 2,0 т/км2.
Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных
вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняют морские и
пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных
судов, на нефтепромыслах в прибрежных зонах, при сбросе с
судов балластных вод и т. д.
Кроме поверхностных вод постоянно загрязняются и
подземные воды, в первую очередь в районах крупных
промышленных центров. Источники загрязнения подземных вод
весьма разнообразны (рис. 14.3).
Загрязняющие вещества могут проникать к подземным
водам различными путями: при просачивании
промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, прудов-
накопителей, отстойников и др., по затрубному пространст-
324
Рис. 14.3. Схема источников загрязнения подземных вод
(по В.А. Шемелиной, 1989): I — грунтовые воды, II — напорные
пресные воды, III — напорные соленые воды:
1 — трубопроводы, 2 — хвостохранилище, 3 — дымовые и газовые
выбросы, 4 — подземные захоронения промстоков, 5 — шахтные
воды, 6 — терриконы, 7— карьерные воды, 8 — заправочные
станции, 9 — бытовое загрязнение, 10 — водозабор, подтягивающий
соленые воды; 11 — объекты животноводства, 12 — внесение
удобрений и пестицидов
ву неисправных скважин, через поглощающие скважины,
карстовые воронки и т. д.
К естественным источникам загрязнения относят сильно
минерализованные (соленые и рассолы) подземные воды или
морские воды, которые могут внедряться в пресные
незагрязненные воды при эксплуатации водозаборных сооружений и
откачке воды из скважин.
Важно подчеркнуть, что загрязнения подземных вод не
ограничиваются площадью промпредприятии, хранилищ отходов
и т. д., а распространяются вниз по течению потока на расстоя-
325
ние до 20—30 км и более от источника загрязнения. Это
создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих
районах.
Следует также иметь в виду, что загрязнение подземных
вод негативно сказывается и на экологическом состоянии
поверхностных вод, атмосферы, почв, других компонентов
природной среды. Например, загрязняющие вещества, находящиеся
в подземных водах, могут выноситься фильтрационным
потоком в поверхностные водоемы и загрязнять их. Как
подчеркивают многие ученые, круговорот загрязняющих веществ в
системе поверхностных и подземных вод предопределяет
единство природоохранных и водоохранных мер и их нельзя
разрывать. В противном случае меры по охране подземных вод вне
связи с мерами по защите других компонентов природной
среды будут неэффективными.
§ 2. Экологические последствия
загрязнения гидросферы
Загрязнение водных экосистем представляет огромную
опасность для всех живых организмов, и в частности для человека.
Пресноводные экосистемы. Установлено, что под
влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах
отмечается падение их устойчивости вследствие нарушения
пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе,
микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других
крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гид-
робионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их
гибели.
Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов. Этот
естественный процесс, характерный для всего геологического
прошлого планеты, обычно протекает очень медленно и
постепенно, однако в последние десятилетия, в связи с возросшим
антропогенным воздействием, скорость его развития резко
увеличилась.
326
Ускоренная, или так называемая антропогенная эвтрофи-
кация связана с поступлением в водоемы значительного
количества биогенных веществ — азота, фосфора и других
элементов в виде удобрений, моющих веществ, отходов
животноводства, атмосферных аэрозолей и т. д. В современных условиях
эвтрофикация водоемов протекает в значительно менее
продолжительные сроки — несколько десятилетий и менее.
Антропогенное эвтрофирование весьма отрицательно влияет
на пресноводные экосистемы, приводя к перестройке
структуры трофических связей гидробионтов, резкому возрастанию
биомассы фитопланктона благодаря массовому размножению си-
незеленых водорослей, вызывающих «цветение» воды,
ухудшающих ее качество и условия жизни гидробионтов (к тому же
выделяющих опасные не только для гидробионтов, но и для
человека токсины). Возрастание массы фитопланктона
сопровождается уменьшением разнообразия видов, что приводит к
невосполнимой утрате генофонда, уменьшению способности
экосистем к гомеостазу и саморегуляции (Яблоков, 1983).
Процессы антропогенной эвтрофикации охватывают
многие крупные озера мира — Великие Американские озера,
Балатон, Ладожское, Женевское и др., а также водохранилища и
речные экосистемы, в первую очередь малые реки. На этих
реках, кроме катастрофически растущей биомассы сине-зеленых
водорослей, с берегов происходит зарастание их высшей
растительностью. Сами же сине-зеленые водоросли в результате
своей жизнедеятельности производят сильнейшие токсины,
представляющие опасность для гидробионтов и человека.
Помимо избытка биогенных веществ на пресноводные
экосистемы губительное воздействие оказывают и другие
загрязняющие вещества: тяжелые металлы (свинец, кадмий, никель и др.),
фенолы, СПАВ и др. Так, например, водные организмы Байкала,
приспособившиеся в процессе длительной эволюции к
естественному набору химических соединений притоков озера, оказались
неспособными к переработке чуждых природным водам
химических соединений (нефтепродуктов, тяжелых металлов, солей и
др.). В результате отмечено обеднение гидробионтов, уменьше-
327
ние биомассы зоопланктона, гибель значительной части
популяции байкальской нерпы и др.
Морские экосистемы. Скорости поступления
загрязняющих веществ в Мировой океан в последнее время резко
возросли. Ежегодно в океан сбрасывается до 300 млрд м3 сточных
вод, 90% которых не подвергается предварительной очистке.
Морские экосистемы подвергаются все большему
антропогенному воздействию посредством химических токсикантов,
которые, аккумулируясь гидробионтами по трофической цепи,
приводят к гибели консументов даже высоких порядков, в том
числе и наземных животных — морских птиц, например.
Среди химических токсикантов наибольшую опасность для
морской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды
(особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть,
свинец, кадмий и др.).
По Ю. А. Израэлю (1985), экологические последствия
загрязнения морских экосистем выражаются в следующих
процессах и явлениях (рис. 14.4):
— нарушении устойчивости экосистем;
— прогрессирующей эвтрофикации;
— появлении «красных приливов»;
— накоплении химических токсикантов в биоте;
— снижении биологической продуктивности;
— возникновении мутагенеза и канцерогенеза в морской
среде;
— микробиологическом загрязнении прибрежных районов
моря.
До определенного предела морские экосистемы могут
противостоять вредным воздействиям химических токсикантов,
используя накопительную, окислительную и минерализующую
функции гидробионтов. Так, например, двустворчатые
моллюски способны аккумулировать один из самых токсичных
пестицидов — ДДТ и при благоприятных условиях выводить его
из организма. (ДДТ, как известно, запрещен в России, США и
328
Рис. 14.4. Экологические последствия загрязнения Мирового океана
329
некоторых других странах, тем не менее он поступает в
Мировой океан в значительном количестве.) Ученые доказали и
существование в водах Мирового океана интенсивных процессов
биотрансформации опасного загрязнителя — бенз(а)пирена,
благодаря наличию в открытых и полузакрытых акваториях
гетеротрофной микрофлоры. Установлено также, что
микроорганизмы водоемов и донных отложений обладают достаточно
развитым механизмом устойчивости к тяжелым металлам, в
частности, они способны продуцировать сероводород,
внеклеточные экзополимеры и другие вещества, которые,
взаимодействуя с тяжелыми металлами, переводят их в менее токсичные
формы.
В то же время в океан продолжают поступать все новые и
новые токсичные загрязняющие вещества. Все более острый
характер приобретают проблемы эвтрофирования и
микробиологического загрязнения прибрежных зон океана. В связи с этим
важное значение имеет определение допустимого
антропогенного давления на морские экосистемы, изучение их
ассимиляционной емкости как интегральной характеристики
способности биогеоценоза к динамическому накоплению и удалению
загрязняющих веществ.
На здоровье человека неблагоприятные последствия при
использовании загрязненной воды, а также при контакте с ней
(купание, стирка, рыбная ловля и др.) сказываются либо
непосредственно при питье, либо в результате биологического
накопления по длинным пищевым цепям типа: вода —
планктон — рыбы — человек или вода — почва — растения —
животные — человек, и др.
При непосредственном контакте человека с бактериально
загрязненной водой, а также при проживании или нахождении
близ водоема различные паразиты могут проникнуть в кожу и
вызвать тяжелые заболевания, особенно характерные для
тропиков и субтропиков. В современных условиях увеличивается
опасность и таких эпидемических заболеваний, как холера,
брюшной тиф, дизентерия и др.
330
§ 3. Истощение подземных
и поверхностных вод
Истощение вод следует понимать как недопустимое
сокращение их запасов в пределах определенной территории
(для подземных вод) или уменьшение минимально
допустимого стока (для поверхностных вод). И то и другое
приводит к неблагоприятным экологическим последствиям,
нарушает сложившиеся экологические связи в системе «человек-
биосфера».
Практически во всех крупных промышленных городах
мира, в том числе в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве,
Харькове, Донецке и других городах, где подземные воды
длительное время эксплуатировались мощными водозаборами,
возникли значительные депрессионные воронки (понижения) с
радиусами до 20 км и более. Так, например, усиление водо-
отбора подземных вод в Москве привело к формированию
огромной районной депрессии с глубиной до 70—80 м, а в
отдельных районах города — до ПО м и более. Все это в
конечном счете приводит к значительному истощению
подземных вод.
По данным Государственного водного кадастра, в 80—
90-е гг. на территории бывшего СССР в процессе работы
подземных водозаборов отбиралось свыше 100 млн м3/сут воды.
В результате на значительных территориях резко изменились
условия взаимосвязи подземных вод с другими
компонентами природной среды, нарушилось функционирование
наземных экосистем. Интенсивная эксплуатация подземных вод в
районах водозаборов и мощный водоотлив из шахт, карьеров
приводят к изменению взаимосвязи поверхностных и
подземных вод, к значительному ущербу речному стоку, к
прекращению деятельности тысяч родников, многих десятков
ручьев и небольших рек. Кроме того, в связи со значительным
снижением уровней подземных вод наблюдаются и другие
негативные изменения экологической обстановки: осушаются
заболоченные территории с большим видовым разнообразием
331
растительности, иссушаются леса, гибнет влаголюбивая
растительность — гигрофиты и др.
Так, например, на Айдосском водозаборе в Центральном
Казахстане происходило понижение подземных вод, которое
вызвало высыхание и отмирание растительности, а также
резкое сокращение транспирационного расхода (Хордикайнен,
1989). Довольно быстро отмерли гигрофиты (ива, тростник,
рогоз, чиевик), частично погибли даже растения с глубоко
проникающей корневой системой (полынь, шиповник,
жимолость татарская и др.); выросли тугайные заросли.
Искусственное понижение уровня подземных вод, вызванное
интенсивной откачкой, отразилось и на экологическом
состоянии прилегающих к водозабору участках долины рек. Этот
же антропогенный фактор приводит к ускорению времени
смены сукцессионного ряда, а также к выпадению
отдельных его стадий.
Длительная интенсификация подземных водозаборов в
определенных геолого-гидрогеологических условиях может
вызвать медленное оседание и деформации земной поверхности.
Последнее негативно сказывается на состоянии экосистем,
особенно прибрежных районов, где затапливаются пониженные
участки и нарушается нормальное функционирование
естественных сообществ организмов и всей среды обитания
человека. Истощению подземных вод способствует также
длительный неконтролируемый самоизлив артезианских вод из
скважин.
Истощение поверхностных вод проявляется в
прогрессирующем снижении их минимально допустимого стока. На
территории России поверхностный сток воды распределяется крайне
неравномерно. Около 90% общего годового стока с территории
России выносится в Северный Ледовитый и Тихий океаны, а
на бассейны внутреннего стока (Каспийское и Азовское море),
где проживает свыше 65% населения России, приходится
менее 8% общего годового стока.
Именно в этих районах наблюдается истощение
поверхностных водных ресурсов и дефицит пресной воды продолжает
расти. Связано это не только с неблагоприятными климатиче-
332
скими и гидрологическими условиями, но и с активизацией
хозяйственной деятельности человека, которая приводит ко все
более возрастающему загрязнению вод, снижению
способности водоемов к самоочищению, истощению запасов подземных
вод, а следовательно, к снижению родникового стока,
подпитывающего водотоки и водоемы.
Серьезнейшая экологическая проблема — восстановление
водности и чистоты малых рек (т. е. рек длиной не более 100
км), наиболее уязвимого звена в речных экосистемах. Именно
они оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному
воздействию. Непродуманное хозяйственное использование водных
ресурсов и прилегающих земельных угодий вызвало их
истощение (а нередко и исчезновение), обмеление и загрязнение.
В настоящее время состояние малых рек и озер, особенно в
европейской части России, в результате резко возросшей
антропогенной нагрузки на них, катастрофическое. Сток малых
рек снизился более чем наполовину, качество воды
неудовлетворительное. Многие из них полностью прекратили свое
существование.
К очень серьезным негативным экологическим
последствиям приводит и изъятие на хозяйственные цели большого
количества воды из впадающих в водоемы рек. Так, уровень некогда
многоводного Аральского моря начиная с 60-х гг.
катастрофически понижается в связи с недопустимо высоким перезабором,
воды из Амударьи и Сырдарьи. Приведенные данные
свидетельствуют о нарушении закона целостности биосферы (гл. 7), когда
изменение одного звена влечет за собой сопряженное
изменение всех остальных. В результате объем Аральского моря
сократился более чем наполовину, уровень моря снизился на 13 м, а
соленость воды (минерализация) увеличилась в 2,5 раза.
Академик Б. Н. Ласкарин по поводу трагедии Аральского
моря высказался следующим образом: «Мы остановились у
самого края пропасти... Арал губили, можно сказать,
целенаправленно. Существовала даже некая антинаучная гипотеза,
по которой Арал считался ошибкой природы. Якобы он
мешал осваивать водные ресурсы Сырдарьи и Амударьи
(говорили, что забирая их воду, Арал испаряет ее в воздух). Сто-
333
ронники этой идеи не думали ни о рыбе, ни о том, что Арал —
центр оазиса».
Осушенное дно Аральского моря становится сегодня
крупнейшим источником пыли и солей. В дельте Амударьи и Сыр-
дарьи на месте гибнущих тугайных лесов и тростниковых
зарослей появляются бесплодные солончаки. Трансформация фи-
тоценозов на берегу Аральского моря и в дельтах Амударьи и
Сырдарьи происходит на фоне высыхания озер, проток, болот
и повсеместного снижения уровня грунтовых вод,
обусловленного падением уровня моря. В целом перезабор воды из
Амударьи и Сырдарьи и падение уровня моря вызвали такие
экологические изменения приаральского ландшафта, которые могут
быть охарактеризованы как опустынивание.
Для сохранения и восстановления Аральского моря,
нормализации экологической, санитарно-гигиенической и
социально-экономической ситуации в Приаралье необходимы
совместные усилия государств Средней Азии и Казахстана по
перестройке экономики этих стран (отказ от ориентации на
чрезвычайно водоемкие селскохозяиственные культуры, сокращение
орошаемых площадей и т. д.), постоянная ориентация на
экологически устойчивое развитие.
К другим весьма значительным видам воздействия
человека на гидросферу, кроме истощения подземных и
поверхностных вод, следует отнести создание крупных водохранилищ,
коренным образом преобразующих природную среду на
прилегающих территориях
Создание крупных водохранилищ, особенно равнинного
типа, для аккумуляции и регулирования поверхностного стока
приводит к разнонаправленным последствиям (рис. 14.5) в
окружающей среде. Необходимо учитывать, что создание
водохранилищ путем перегораживания русла водотоков плотинами
чревато серьезными негативными последствиями для
большинства гидробионтов. Из-за того, что многие нерестилища рыб
оказываются отрезанными плотинами, резко ухудшается или
прекращается естественное воспроизводство многих лососевых,
осетровых и других проходных рыб.
334
Рис. 14.5. Экологические последствия создания водохранилищ
335
Контрольные вопросы
/. В чем проявляется загрязнение подземных и
поверхностных вод и каковы их главные загрязнители?
2. Назовите основные виды загрязнения подземных вод.
3. Как загрязняющие вещества попадают в
поверхностные воды?
4. Что такое антропогенное эвтрофирование и каково
его влияние на природные экосистемы?
5. Каковы экологические последствия загрязнения
морских экосистем?
6. Что понимают под истощением вод? К каким
неблагоприятным экологическим последствиям оно приводит?
Приведите примеры.
7. В чем причины экологической катастрофы Аральского
моря?
ГЛАВА 15
АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА ЛИТОСФЕРУ
Верхняя часть литосферы, которая непосредственно
выступает как минеральная основа биосферы, в настоящее время
подвергается все более возрастающему антропогенному
воздействию. В эпоху бурного экономического развития, когда в
процесс производства вовлечена практически вся биосфера
планеты, человек, по гениальному предвидению В. И. Вернадского,
стал «крупнейшей геологической силой», под действием
которой меняется лик Земли.
Уже сегодня воздействие человека на литосферу
приближается к пределам, переход которых может вызвать
необратимые процессы почти по всей поверхностной части земной
коры. В процессе преобразования литосферы человек (по данным
на начало 90-х гг.) извлек 125 млрд т угля, 32 млрд т нефти,
более 100 млрд т других полезных ископаемых. Распахано
более 1500 млн га земель, заболочено и засолено 20 млн га.
Эрозией за последние сто лет уничтожено 2 млн га, площадь
оврагов превысила 25 млн га. Высота терриконов достигает 300 м,
горных отвалов — 150 м, глубина шахт, пройденных для
добычи золота, превышает 4 км (Южная Африка), нефтяных
скважин — 6 км.
Экологическая функция литосферы выражается в том, что
она является «базовой подсистемой биосферы: образно говоря,
вся континентальная и почти вся морская биота опирается на
земную кору. Например, техногенное разрушение
минимального слоя горных пород на суше или шельфе автоматически
уничтожает биоценоз. Но, кроме того, литосфера служит
основным поставщиком минерально-сырьевых и в том числе энер-
337
гетических ресурсов, большая часть которых относится к нево-
зобновимым» (Епишин, 1985).
В последнее время литосферу рассматривают как
вещественную и энергетическую основу существования биоты и
человеческого сообщества, обладающую ресурсной, геодинамической
и другими экологическими функциями.
Рассмотрим техногенные изменения следующих основных
составляющих литосферы: 1) почв; 2) горных пород и их
массивов; 3) недр.
§ 1. Воздействия на почвы
Почва — один из важнейших компонентов окружающей
среды. Все основные ее экологические функции замыкаются
на одном обобщающем показателе — почвенном плодородии.
Отчуждая с полей основной (зерно, корнеплоды, овощи и др.)
и побочный урожай (солома, листья, ботва и др.), человек
размыкает частично или полностью биологический круговорот
веществ, нарушает способность почвы к саморегуляции и
снижает ее плодородие. Даже частичная потеря гумуса и, как
следствие, снижение плодородия, не дает почве возможность
выполнять в полной мере свои экологические функции, и она
начинает деградировать, т. е. ухудшать свои свойства. К
деградации почв (земель) ведут и другие причины, преимущественно
антропогенного характера.
В наибольшей степени деградируют почвы агроэкосистем.
Причина неустойчивого состояния агроэкосистем обусловлена
их упрощенным фитоценозом, который не обеспечивает
оптимальную саморегуляцию, постоянство структуры и
продуктивности. И если у природных экосистем биологическая
продуктивность обеспечивается действием естественных законов
природы, то выход первичной продукции (урожая) в агроэкосисте-
мах всецело зависит от такого субъективного фактора, как
человек, уровня его агрономических знаний, технической
оснащенности, социально-экономических условий и т. д., а значит,
остается непостоянным.
Например, в случае создания человеком монокультуры
(пшеницы, свеклы, кукурузы и т. д.) в агроэкосистеме нару-
338
шается видовое разнообразие растительных сообществ. Агро-
экосистема упрощается, обедняется и становится неустойчивой,
неспособной противостоять абиотическому или биотическому
экологическому стрессу.
Основные виды антропогенного воздействия на почвы
следующие:
1) эрозия (ветровая и водная);
2) загрязнение;
3) вторичное засоление и заболачивание;
4) опустынивание;
5) отчуждение земель для промышленного и
коммунального строительства.
Эрозия почв (земель)
Эрозия почв (от лат. erosio — разъедание) — разрушение
и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и
подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды
(водная эрозия). Земли, подвергшиеся разрушению в процессе
эрозии, называют эродированными.
К эрозионным процессам относят также промышленную
эрозию (разрушение сельскохозяйственных земель при
строительстве и разработке карьеров), военную эрозию (воронки,
траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивной пастьбе скота),
ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и
нарушении норм поливов) и др.
Однако настоящим бичом земледелия у нас в стране и в
мире остаются водная эрозия (ей подвержены 31 % суши) и
ветровая эрозия (дефляция), активно действующая на 34%
поверхности суши. В США, например, эродировано, т. е. подвержено
эрозии, 40% всех сельскохозяйственных земель, а в
засушливых районах мира еще больше — 60% от общей площади, из
них 20% сильно эродированы.
Эрозия оказывает существенное негативное влияние на
состояние почвенного покрова, и во многих случаях разрушает
его полностью. Падает биологическая продуктивность
растений, снижаются урожаи и качество зерновых культур, хлопка,
чая и др.
Ветровая эрозия (дефляция) почв. Под ветровой эрозией
понимают выдувание, перенос и отложение мельчайших
почвенных частиц ветром.
339
Интенсивность ветровой эрозии зависит от скорости ветра,
устойчивости почвы, наличия растительного покрова,
особенностей рельефа и от других факторов. Огромное влияние на ее
развитие оказывают антропогенные факторы. Например,
уничтожение растительности, нерегулируемый выпас скота,
неправильное применение агротехнических мер резко активизируют
эрозионные процессы.
Различают местную (повседневную) ветровую эрозию и
пыльные бури. Первая проявляется в виде поземок и столбов
пыли при небольших скоростях ветра.
Пыльные бури возникают при очень сильных и
продолжительных ветрах. Скорость ветра достигает 20—30 м/с и более.
Наиболее часто пыльные бури наблюдаются в засушливых
районах (сухие степи, полупустыни, пустыни). Пыльные бури
безвозвратно уносят самый плодородный верхний слой почв; они
способны развеять за несколько часов до 500 т почвы с 1 га
пашни, негативно влияют на все компоненты окружающей
среды, загрязняют атмосферный воздух, водоемы, отрицательно
влияют на здоровье человека.
В нашей стране пыльные бури неоднократно возникали в
Нижнем Поволжье, на Северном Кавказе, в Башкирии и в
других районах. Опустошительная пыльная буря отмечалась в
апреле 1928 г., когда пострадала огромная площадь земель от
Дона до Днепра. Ветер поднял более 15 млн т черноземной
пыли до высоты 400—700 м, выдувание почвы достигло 10—
12 см, а местами — 25 см, т. е. практически почва была
унесена на ту глубину, на которую она была вспахана.
Старожилы на Северном Кавказе и в соседних регионах
хорошо помнят пыльную бурю, охватившую в марте—апреле
1960 г. значительную часть Северного Кавказа, Нижнего Дона
и южную Украину. На огромной территории был снесен слой
плодородной почвы толщиной до 10 см, повреждены озимые,
засыпаны многие оросительные каналы. Вдоль полезащитных
лесонасаждений, железнодорожных насыпей образовались
земляные валы высотой до 2—3 метров.
В настоящее время крупнейший источник пыли — Арал.
На космических снимках видны шлейфы пыли, которые
тянутся в стороны от Арала на многие сотни километров. Общая
масса переносимой ветром пыли в районе Арала достигает
340
90 млн т в год. Другой крупный пылевой очаг в России —
Черные земли Калмыкии.
Водная эрозия почв (земель). Под водной эрозией
понимают разрушение почв под действием временных водных потоков.
Различают следующие формы водной эрозии: плоскостную,
струйчатую, овражную, береговую. Как и в случае ветровой
эрозии, условия для проявления водной эрозии создают природные
факторы, а основной причиной ее развития является
производственная и иная деятельность человека. В частности, появление
новой тяжелой почвообрабатывающей техники, разрушающей
структуру почвы, — одна из причин активизации водной эрозии
в последние десятилетия. Другие негативные антропогенные
факторы: уничтожение растительности и лесов, чрезмерный выпас
скота, отвальная обработка почв и др.
Среди различных форм проявления водной эрозии
значительный вред окружающей среде и в первую очередь почвам
приносит овражная эрозия. Экологический ущерб от оврагов
огромен. Овраги уничтожают ценные сельскохозяйствнные
земли, способствуют интенсивному смыву почвенного покрова,
заиливают малые реки и водохранилища, создают густорасчленен-
ный рельеф (рис. 15.1). Площадь оврагов только на
территории Русской равнины составляет 5 млн га и продолжает
увеличиваться. Подсчитано, что ежедневные потери почв из-за
развития оврагов достигают 100—200 га.
Рис. 15.1. Овраги в меловых отложениях (Ростовская область)
341
Загрязнение почв
Поверхностные слои почв легко загрязняются. Большие
концентрации в почве различных химических соединений —
токсикантов пагубно влияют на жизнедеятельность
почвенных организмов. При этом теряется способность почвы к
самоочищению от болезнетворных и других нежелательных
микроорганизмов, что чревато тяжелыми последствиями для
человека, растительного и животного мира. Например, в
сильно загрязненных почвах возбудители тифа и паратифа могут
сохраняться до полутора лет, тогда как в незагрязненных —
лишь в течение двух-трех суток.
Основные загрязнители почвы: 1) пестициды
(ядохимикаты); 2) минеральные удобрения; 3) отходы и отбросы
производства; 4) газо-дымовые выбросы загрязняющих веществ
в атмосферу; 5) нефть и нефтепродукты.
В мире ежегодно производится более миллиона тонн
пестицидов .Только в России используется более 100
индивидуальных пестицидов при общем годовом объеме их
производства 100 тыс. т. Наиболее загрязненными пестицидами
районами являются Краснодарский край и Ростовская область (в
среднем около 20 кг на 1 га). В России на одного жителя в год
приходится около 1 кг пестицидов, во многих других
развитых промышленных странах мира эта величина существенно
выше (Лосев и др., 1993). Мировое производство пестицидов
постоянно растет. Увеличивается и число их типов. Например,
в США их количество достигло 900.
В настоящее время влияние пестицидов на здоровье
населения многие ученые приравнивают к воздействию на
человека радиоактивных веществ. Достоверно установлено, что при
применении пестицидов наряду с некоторым увеличением
урожайности отмечается рост видового состава вредителей,
ухудшаются пищевые качества и сохранность продукции,
утрачивается естественное плодородие и т. д.
По мнению ученых, подавляющая часть применяемых
пестицидов попадает в окружающую среду (воду, воздух), минуя
виды-мишени. Пестициды вызывают глубокие изменения всей
342
экосистемы, действуя на все живые организмы, в то время
как человек использует их для уничтожения весьма
ограниченного числа видов организмов. В результате наблюдается
интоксикация огромного числа других биологических видов
(полезных насекомых, птиц) вплоть до их исчезновения. К
тому же человек старается использовать значительно больше
пестицидов, чем это необходимо, и еще более усугубляет
проблему.
Среди пестицидов наибольшую опасность представляют
стойкиехлорорганические соединения (ДДТ, ГХБ, ГХЦГ),
которые могут сохраняться в почвах в течение многих лет и
даже малые их концентрации в результате биологического
накопления могут стать опасными для жизни организмов. Но и
в ничтожных концентрациях пестициды подавляют
иммунную систему организма, а в более высоких концентрациях
обладают выраженными мутагенными и канцерогенными
свойствами. Попадая в организм человека, пестициды могут
вызвать не только быстрый рост злокачественных
новообразований, но и поражать организм генетически, что может
представлять серьезную опасность для здоровья будущих
поколений. Вот почему применение наиболее опасного из них — ДДТ
в нашей стране и в ряде других стран запрещено.
Таким образом, можно с уверенностью констатировать,
что общий экологический вред от использования
загрязняющих почву пестицидов многократно превышает пользу от их
применения. Воздействие пестицидов оказывается весьма
негативным не только для человека, но и для всей фауны и
флоры. Растительный покров оказался очень чувствительным к
действию пестицидов, причем не только в зонах его
применения, но и в местах, достаточно удаленных от них, из-за
переноса загрязняющих веществ ветром или поверхностным
стоком воды (рис. 15.2).
Пестициды способны проникать в растения из
загрязненной почвы через корневую систему, накапливаться в
биомассе и впоследствии заражать пищевую цепь. При распылении
пестицидов наблюдается значительная интоксикация птиц (ор-
343
Рис. 15.2. Движение пестицидов в биосфере. Значительная часть
пестицидов не достигает обрабатываемой территории, сносится и
оседает в более или менее удаленных экосистемах (по Rudd, 1971; с
изменениями)
нитофауны). Особенно страдают популяции певчих и
перелетных дроздов, жаворонков и других воробьиных.
Работами отечественных и зарубежных исследователей
неопровержимо доказано, что загрязнение почв пестицидами
вызывает не только интоксикацию человека и большого числа
видов животных, но и ведет к существенному нарушению
воспроизводящих функций и, как следствие, к тяжелым демо-
экологическим последствиям. С длительным применением
пестицидов связывают также развитие резистентных
(устойчивых) рас вредителей и появление новых вредных
организмов, естественные враги которых были уничтожены.
Почвы загрязняются и минеральными удобрениями, если
их используют в неумеренных количествах, теряют при
производстве, транспортировке и хранении. Из азотных,
суперфосфатных и других типов удобрений в почву в больших
количествах мигрируют нитраты, сульфаты, хлориды и другие
344
соединения. Б. Коммонер (1970) установил, что при самых
благоприятных условиях из всего количества азотных
удобрений, применяемых в США, поглощается растениями 80%, а в
среднем по стране лишь 50%. Это приводит к нарушению
биогеохимического круговорота азота, фосфора и некоторых
других элементов. Экологические последствия такого нарушения
в наибольшей степени проявляются в водной среде, в
частности при формировании эвтрофии, которая возникает при смыве
с почв избыточного количества азота, фосфора и других
элементов.
В последнее время выявлен еще один неблагоприятный
аспект неумеренного потребления минеральных удобрений,
и в первую очередь нитратов. Оказалось, что большое
количество нитратов снижает содержание кислорода в почве, а
это способствует повышенному выделению в атмосферу двух
«парниковых» газов — закиси азота и метана. Нитраты
опасны и для человека. Так, при поступлении нитратов в
человеческий организм в концентрации свыше 50 мг/л отмечается
их прямое общетоксическое воздействие, в частности
возникновение метгемоглобинемии вследствие биологических
превращений нитратов в нитриты и другие токсичные
соединения азота. Неумеренное потребление минеральных
удобрений вызывает в ряде районов и нежелательное подкисле-
ние почв.
К интенсивному загрязнению почв приводят отходы и
отбросы производства. В нашей стране ежегодно образуется
свыше миллиарда тонн промышленных отходов, из них более
50 млн т особо токсичных. Огромные площади земель
заняты свалками, золоотвалами, хвостохранилищами и др.,
которые интенсивно загрязняют почвы, а их способность к
самоочищению, как известно, ограничена.
Огромный вред для нормального функционирования почв
представляют газо-дымовые выбросы промышленных
предприятий. Почва обладает способностью накапливать весьма
опасные для здоровья человека загрязняющие вещества,
например тяжелые металлы (табл. 15.1). Вблизи ртутного
комбината содержание ртути в почве из-за газо-дымовых выбро-
345
сов может повышаться до концентрации, в сотни раз
превышающих допустимые.
Таблица 15.1
Последствия воздействия некоторых тяжелых металлов
на здоровье человека
Элементы
Последствия воздействия
элементов
Источники
1 Повышенные концентрации
1 Ртуть (Hg)
Мышьяк (As)
Свинец (Pb)
Медь (Си)
1 Кадмий (Cd)
Нервно-паралитические
расстройства (болезнь Минамата);
нарушение функций желудочно-
кишечного тракта, почек;
изменение в хромосомах
Раковые заболевания кожи,
интоксикация, периферические
невриты
Разрушение костных тканей,
задержка синтеза протеина в крови,
нарушение нервной системы и
почек
Органические изменения в тканях,
распад костной ткани, гепатит
Цирроз печени, нарушение
функций почек, протеинурия
Загрязненные
почвы,
поверхностные и
подземные воды
Загрязненные
почвы,
протравленное
зерно
Загрязненные
почвы,
поверхностные и
подземные воды
Загрязненные
почвы,
поверхностные и
подземные воды
Загрязненные
почвы
Значительное количество свинца содержат почвы,
находящиеся в непосредственной близости от автомобильных дорог.
Результаты анализа образцов почвы, отобранных на
расстоянии нескольких метров от дороги, показывают 30-кратное
превышение концентрации свинца по сравнению с его
содержанием (20 мкг/г) в почве незагрязненных районов (Загрязнение
воздуха..., 1988).
По данным агрохимической службы России (1997), почти
0,4 млн га в нашей стране оказались загрязненными медью,
свинцом, кадмием и др. Еще больше земель были загрязнены
радионуклидами и радиоактивными изотопами в результате
Чернобыльской катастрофы.
346
Одной из серьезных экологических проблем России
становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в
таких нефтедобывающих районах, как Западная Сибирь, Среднее
и Нижнее Поволжье и др. Причины загрязнения — аварии на
магистральных и внутрипромысловых нефтепроводах,
несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и
технологические выбросы и т. д. В результате, например, в отдельных
районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных
углеводородов в почвах превышают фоновые значения в 150—
250 раз. На тюменском Севере площади оленьих пастбищ
уменьшились на 12,5%, т. е. на 6 млн га, замазученными оказались
30 тыс. га. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га,
загрязненных нефтью с толщиной слоя не менее 5 см
(Государственный доклад..., 1995).
Значительную угрозу для здоровья людей представляет
загрязнение почв различными патогенами, которые могут
проникать в организм человека следующим образом (Розанов, 1984):
во-первых, через цепь: «человек — почва — человек».
Патогенные организмы выделяются зараженным человеком и
через почву передаются другому, либо через выращенные на
зараженной почве овощи и фрукты. Так человек может заболеть
холерой, бациллярной дизентерией, брюшным тифом,
паратифом и др. Аналогичным путем в организм человека могут
попадать и черви-паразиты;
во-вторых, через цепь: «животные — почва — человек».
Существуют ряд заболеваний животных, которые передаются
человеку (лептосориаз, сибирская язва, туляремия, лихорадка Ку
и др.) путем прямого контакта с почвой, загрязненной
выделениями инфицированных животных;
в-третьих, через цепь: «почва — человек», когда
патогенные организмы попадают из нее в организм человека при
прямом контакте (столбняк, ботулизм, микозы и др.).
Вторичное засоление и заболачивание почв
В процессе хозяйственной деятельности человек может
усиливать природное засоление почв. Такое явление носит
название вторичного засоления и развивается оно при неумеренном
поливе орошаемых земель в засушливых районах.
347
Во всем мире процессам вторичного засоления и осолонце-
вания подверженно около 30% орошаемых земель. Площадь
засоленных почв в России составляет 36 млн га (18% общей
площади орошаемых земель). Засоление почв ослабляет их
вклад в поддержание биологического круговорота веществ.
Исчезают многие виды растительных организмов, появляются
новые растения галофиты (солянка и др.). Уменьшается
генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни
организмов, усиливаются миграционные процессы.
Заболачивание почв наблюдается в сильно
переувлажненных районах, например, в Нечерноземной зоне России, на
Западно-Сибирской низменности, в зонах вечной мерзлоты.
Заболачивание почв сопровождается деградационными
процессами в биоценозах, появлением признаков оглеения и
накоплением на поверхности неразложившихся остатков.
Заболачивание ухудшает агрономические свойства почв и снижает
производительность лесов.
Опустынивание
Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и
всей окружающей среды в целом, является опустынивание. По
Б. Г. Розанову (1984), опустынивание — это процесс
необратимого изменения почвы и растительности и снижения
биологической продуктивности, который в экстремальных случаях
может привести к полному разрушению биосферного потенциала
и превращению территории в пустыню.
Всего в мире подвержено опустыниванию более 1 млрд га
практически на всех континентах (рис. 15.3). Причины и
основные факторы опустынивания различны (рис. 15.4). Как
правило, к опустыниванию приводит сочетание нескольких
факторов, совместное действие которых резко ухудшает
экологическую ситуацию.
На территории, подверженной опустыниванию,
ухудшаются физические свойства почв, гибнет растительность,
засоляются грунтовые воды, резко падает биологическая продуктивность,
а следовательно, подрывается и способность экосистем
восстанавливаться. «И если эрозию можно назвать недугом ландшаф-
348
Рис. 15.3. Пустыни и территории, подвергающиеся опустыниванию (Конференция ООН по опустыниванию, 1977).
Степень опустынивания: 1 — очень высокая, 2 — высокая, 3 — умеренная, 4 — гипераридные пустыни
Рис. 15.4. Основные факторы и причины развития опустынивания
350
та, то опустынивание — это его смерть» (Доклад ФАО ООН).
Процесс этот получил столь широкое распространение, что явился
предметом международной программы «Опустынивание». В
докладе ЮНЕП (организация ООН по окружающей среде)
подчеркивается, что опустынивание — это результат длительного
исторического процесса, в ходе которого неблагоприятные
явления природы и деятельность человека, усиливая друг друга,
приводят к изменению характеристик природной среды.
Опустынивание является одновременно
социально-экономическим и природным процессом, оно угрожает примерно
3,2 млрд га земель, на которых проживают более 700 млн
человек. Особенно опасное положение сложилось в Африке в
зоне Сахеля (Сенегал, Нигерия, Буркина Фасо, Мали и др.) —
переходной'биоклиматической зоне (шириной до 400 км)
между пустыней Сахара на севере и саванной на юге.
Причина катастрофического положения в Сахеле
обусловлена сочетанием двух факторов: 1) усилением воздействия
человека на природные экосистемы с целью обеспечения
продовольствием быстро растущего населения и 2) изменившимися
метеорологическими условиями (длительными засухами).
Интенсивный выпас скота приводит к чрезмерной нагрузке на
пастбища и уничтожению и без того разреженной
растительности с низкой естественной продуктивностью. Опустыниванию
способствует также массовое выжигание прошлогодней сухой
травы, особенно после периода дождей, интенсивная
распашка, снижение уровня грунтовых вод и др. Выбитая
растительность и сильно разрыхленные почвы создают условия для
интенсивного выдувания (дефляции) поверхностного слоя
земли. Изменение природных комплексов и их деградация
особенно заметны в период засух.
Многие экологи считают, что в списке злодеяний против
окружающей среды на второе место после гибели лесов можно
поставить «опустынивание». На территории СНГ
опустыниванию подвержено Приаралье, Прибалхашье, Черные земли в
Калмыкии и Астраханской области, Дагестан и некоторые
другие районы. Все они относятся к зонам экологического
бедствия и их состояние продолжает ухудшаться.
В результате непродуманной хозяйственной деятельности
351
на этих территориях произошли глубокие необратимые дегра-
дационные изменения природной среды и в первую очередь ее
эдафической части. Это повлекло за собой резкое снижение
биоразнообразия фито- и зооценозов и разрушение природных
экосистем. Специалисты отмечают, что там, где по условиям
рельефа, качества почвы, мощности первостоя можно было
выпасать только одну овцу, выпасалось в десятки раз больше. В
результате травянистые пастбища превратились в
эродированные земли. Так, например, только за последние пять лет
площадь подвижных песков в Калмыкии увеличилась более чем
на 50 тыс. га. Стала очевидной необходимость планомерного
перевода сельско-хозяйственного производства на эколого-адап-
тивную основу, предусматривающую развитие комплексной
мелиорации (Петров, 1994).
Отчуждение земель
Почвенный покров агроэкосистем необратимо нарушается
при отчуждении земель для нужд несельскохозяйственного
пользования: строительства промышленных объектов, городов,
поселков, для прокладки линейно-протяженных систем (дорог,
трубопроводов, линий связи), при открытой разработке
месторождений полезных ископаемых и т. д. По данным ООН, в
мире только при строительстве городов и дорог ежегодно
безвозвратно теряется более 300 тыс. га пахотных земель.
Конечно, эти потери в связи с развитием цивилизации неизбежны,
однако они должны быть сокращены до минимума.
§ 2. Воздействия на горные породы
и их массивы
Горные породы
В процессе инженерно-хозяйственной деятельности
человека горные породы, слагающие верхнюю часть земной коры в
той или иной степени, претерпевают сжатие, растяжение, сдви-
352
жение, водонасыщение, осушение, вибрации и другие
воздействия.
Изменения, происходящие в породах при различных
воздействиях, детально изучают. Это необходимо для прогноза
возможного развития опасных геологических процессов,
негативно влияющих на экологическую обстановку.
К числу основных антропогенных воздействий на породы
относятся: статические и динамические нагрузки, тепловое
воздействие, электрические воздействия и др.
Статические нагрузки. Это наиболее распространенный вид
антропогенного воздействия на горные породы. Под
действием статических нагрузок от зданий и сооружений,
достигающих 2 МПа и более, образуется зона активного изменения
горных пород, достигающая глубин 70—100 м. При этом
наибольшие изменения наблюдаются: 1) в вечномерзлых льдистых
породах, на участках залегания которых часто наблюдаются
оттаивание, пучение и другие процессы; 2) в сильносжимаемых
породах, например, заторфованных, илистых и др.
Динамические нагрузки. Вибрации, удары, толчки и другие
динамические нагрузки типичны при работе транспорта,
ударных и вибрационных строительных машин, заводских
механизмов и т. д. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые
недоуплотненные породы (пески, водонасыщенные лессы, торф
и др). Прочность этих пород заметно снижается, они
уплотняются (равномерно или неравномерно), структурные связи
нарушаются, возможно внезапное разжижение и образование
оползней, обвалов, плывунных выбросов и других
неблагоприятных процессов.
Другим видом динамических нагрузок являются взрывы,
действие которых сходно с сейсмическими воздействиями. Горные
породы разрушают взрывным способом при строительстве
автомобильных и железных дорог, гидротехнических плотин,
добыче полезных ископаемых и т. д. Очень часто взрывы
сопровождаются нарушением природного равновесия — возникают
оползни, обвалы, осовы и т. п. Так, по данным А. А. Махорина (1985),
в результате взрыва многотонного заряда в одном из районов
Кыргызстана при строительстве каменно-набросной плотины на
склонах образовалась зона нарушенных пород с трещинами от
353
0,2 до 1 м в ширину и до 200 м в длину. По ним произошли
смещения горных пород объемом до 30 тыс. м3.
Тепловое воздействие. Повышение температуры горных
пород наблюдается при подземной газификации углей, в
основании доменных и мартеновских печей и др. В ряде случаев
температура пород повышается до 40—50°С, а иногда и до 100 °С
и более (в основании доменных печей). В зоне подземной
газификации углей при температуре 1000—1600°С породы
спекаются, «каменеют», теряют свои первоначальные свойства.
Как и другие виды воздействия, тепловой антропогенный
поток влияет не только на состояние горных пород, но и на
другие компоненты окружающей среды. Изменяются почвы,
подземные воды, растительность.
Электрическое воздействие. Создаваемое в горных
породах искусственное электрическое поле (электрифицированный
транспорт, ЛЭП и др.) порождает блуждающие токи и поля.
Наиболее заметно они проявляются на городских территориях,
где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии.
При этом изменяются электропроводность,
электросопротивляемость и другие электрические свойства пород.
Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на
горные породы создают физическое загрязнение окружающей
среды.
Массивы горных пород
Массивы горных пород и, в первую очередь их
поверхностные толщи, в ходе инженерно-хозяйственного освоения
подвергаются мощному антропогенному воздействию. При этом
развиваются такие опасные ущербообразующие процессы, как
оползни, карст, подтопление, просадочные процессы и др.
Особенно легко подвержены опасным процессам массивы вечно-
мерзлых пород, так как они весьма чувствительны к
тепловому антропогенному воздействию.
Оползни. Оползни представляют собой скольжение
горных пород вниз по склону под действием собственного веса
грунта и нагрузки — фильтрационной, сейсмической или
вибрационной. Для оползней характерно отсутствие вращения и
354
опрокидывания смещающихся масс. Оползни — частое
явление на склонах долин рек, оврагов, берегов морей,
искусственных выемок. Большой ущерб природной среде ежегодно
наносят оползневые процессы на берегах Черноморского
побережья Кавказа, Крыма, в долинах Волги, Днепра, Дона и многих
других рек и горных районов.
Оползни нарушают устойчивость массивов горных пород,
негативно влияют на многие другие компоненты окружающей
среды (нарушение поверхностного стока, истощение ресурсов
подземных вод при их вскрытии, образование заболоченностей,
нарушение почвенного покрова, гибель деревьев и т. д.). Известно
немало примеров оползневых явлений катастрофического
характера, приводящих к значительным человеческим жертвам.
Карст. Геологическое явление, связанное с растворением
водой горных пород (известняков, доломита, гипса, каменной
соли), образованием при этом подземных пустот (пещер,
каверн и др.) и сопровождаемое провалом земной поверхности,
получило название карста. Массивы горных пород, в которых
развивается карст, называются закарстованными. Карст
широко распространен в мире, в том числе и в России, в частности
в Башкирии, в центральной части Русской равнины, в Приан-
гарье, на Северном Кавказе и во многих других местах, где
имеются растворимые горные породы.
Хозяйственное освоение закарстованных массивов горных
пород ведет к существенному изменению природной среды.
Карстовые процессы заметно оживляются: образуются новые
провалы, воронки, колодцы и др. По данным Р. Ньютона (1984), в
США только в штате Алабама произошло более 4000
искусственно вызванных провалов и оседаний земной поверхности,
связанных с активизацией карста. Отдельные воронки достигали
в диаметре 50—60 м и глубины до 30 м. Образование провалов
и воронок связывают с интенсификацией отбора подземных вод.
Активизация карста отмечается и во многих районах России, в
том числе и на территории Москвы и Московской области.
Ранее Москва считалась городом, где карстовые процессы
затухли и не проявляли себя на поверхности земли. Однако
интенсивный отбор подземных вод, а также динамические
вибрационные воздействия транспорта и строительства, статические на-
355
грузки и некоторые другие факторы (возможно, загрязнение
подземных вод) заметно усилили эти процессы.
Одним из важных направлений в сохранении окружающей
природы является охрана карстовых пещер — уникальных
памятников природы (рис. 15.5). При массовых туристских
посещениях в них нарушается тепловой и водный режим,
наблюдается «таяние» сталактитов и сталагмитов и другие негативные
изменения геологической среды.
Рис. 15.Ь Большая Азишская карстовая пещера (Северный Кавказ)
356
Подтопление. Процесс подтопления — яркий пример
ответной реакции природной среды на действие антропогенных
факторов. Впервые он привлек внимание при создании
водохранилищ, когда уровень грунтовых вод по их берегам стал
быстро подниматься.
В настоящее время под подтоплением понимают любое
повышение уровня грунтовых вод до критических величин
(менее одного-двух метров от поверхности земли).
Подтопление территорий весьма негативно влияет на
природную среду. Массивы горных пород переувлажняются и
заболачиваются. Активизируются оползни, карст и другие
неблагоприятные процессы. В лессовых глинистых грунтах
возникают просадки, в глинах — набухание. Просадка в лессовых
грунтах приводит к резкой неравномерной осадке, а набухание в
глинах — к неравномерному подъему зданий и сооружений. В
результате сооружения испытывают деформации, вплоть до
полной непригодности к эксплуатации. Это ухудшает
экологическую обстановку в жилых и производственных помещениях,
что снижает производительность труда и даже может вызвать
травмы и болезни у людей.
На подтопленной территории возрастает сейсмическая
балльность. Кроме того, в результате вторичного засоления почв
угнетается растительность, возможно химическое и
бактериальное загрязнение грунтовых вод, ухудшается
санитарно-эпидемиологическая обстановка.
Причины подтопления разнообразны, но практически
всегда связаны с деятельностью человека. Это — утечки воды из
подземных водонесущих коммуникаций, засыпка естественных
дрен — оврагов, асфальтирование и застройка территории,
нерациональный полив улиц, садов, скверов, барраж подземных
вод (т. е. задержка их движения глубокими фундаментами),
фильтрация из водохранилищ, прудов-охладителей АЭС и др.
Сейчас в нашей стране подтопление территорий, особенно
городских, приняло массовый характер. В России подтоплено
свыше 900 городов и поселков городского типа, в том числе
такие города, как Москва, Санкт-Петербург, Нижний
Новгород, Ростов-на-Дону, Волгоград, Новосибирск, Саратов и
многие другие.
357
Вечная мерзлота. В ряде районов земного шара (север
Европы и Америки, север и восток Азии) толщи верхней части
земной коры постоянно находятся в мерзлом состоянии. Их
температура всегда ниже О °С. Такие породы называют веч-
номерзлыми (или многолетнемерзлыми), а территорию —
областью вечной мерзлоты. На территории нашей страны они
занимают более 50% площади. Происхождение вечной
мерзлоты связывают с оледенением четвертичного периода.
В последние десятилетия в сферу строительного
освоения в районах вечной мерзлоты вовлекаются все новые и
новые территории: север Западной Сибири, шельф арктических
морей, земли Нерюнгринского месторождения и многие
другие.
Вторжение человека не проходит бесследно для хрупких
природных экосистем Севера: разрушается почвенно-расти-
тельный слой, изменяется рельеф, режим снегового
покрова, возникают болота, нарушаются взаимосвязи и
взаимодействия экосистем.
Проведенные исследования позволили выделить ряд
основных особенностей, обусловливающих хрупкость экосистем
в области вечной мерзлоты (рис. 15.6). В первую очередь
это очень небольшое видовое разнообразие организмов,
поскольку лишь немногочисленная группа отдельных видов
способна приспособиться к существованию в условиях
«вечного холода». Движение машин, тракторов и другого вида
транспорта, особенно гусеничного, разрушает покров из мха,
лишайников и др., что также приводит к резкому снижению
устойчивости экосистем и к их угнетению. Массовую гибель
лишайников вызывает и малейшее загрязнение воздуха
диоксидом серы.
Эндогенные геодинамические процессы —
землетрясения и вулканизм — вызывают весьма значительные смещения
в массивах горных пород в земной коре, уничтожают
животный и растительный мир, приводят к многочисленным, а
нередко к катастрофическим человеческим жертвам и другим
тяжелым экологическим последствиям (подробнее об этих
процессах см. в гл. 18).
358
Рис. 15.6. Основные особенности
природных экосистем Севера
359
§ 3. Воздействия на недра
Недрами называют верхнюю часть земной коры, в
пределах которой возможна добыча полезных ископаемых.
Экологические и некоторые другие функции недр как природного
объекта достаточно многообразны (рис. 15.7). Являясь
естественным фундаментом земной поверхности, недра активно влияют
Рис. 15.7. Экологические и другие функции недр
360
на окружающую природную среду. В этом заключается их
главная экологическая функция.
Основное природное богатство недр
—минерально-сырьевые ресурсы, т. е. совокупность полезных ископаемых,
заключенных в них. Добыча (извлечение) полезных
ископаемых с целью их переработки — главная цель пользования
недрами.
Недра — источник не только минеральных ресурсов, но и
огромных энергетических запасов. По подсчетам ученых, в
среднем из недр к поверхности поступает 32,3-1012 Вт
геотермальной энергии. В нашей стране сосредоточены огромные запасы
полезных ископаемых, в том числе и геотермального тепла. Ее
потребности в минеральных и других природных ресурсах
могут быть полностью обеспечены за счет собственных
национальных ресурсов.
Тем не менее непрерывный рост потребления
минерального сырья повышает значение научно обоснованного,
эффективного использования полезных ископаемых, требует от всех
организаций и граждан бережного отношения к богатству недр.
Иначе говоря, необходимы рациональное использование недр
и их охрана.
Важно подчеркнуть также, что в наши дни недра должны
рассматриваться не только в качестве источника полезных
ископаемых или резервуара для захоронения отходов, но и как
часть среды обитания человека.
Экологическое состояние недр определяется прежде всего
силой и характером воздействия на них человеческой
деятельности. В современный период масштабы антропогенного
воздействия на земные недра огромны. Только за один год на
десятках тысяч горнодобывающих предприятий мира
извлекается и перерабатывается более 150 млрд т горных пород,
откачиваются миллиарды тонн кубических метров подземных вод,
накапливаются горы отходов. Только на территории Донбасса
расположено более 2000 отвалов пустых пород, вынутых из
шахт — терриконов, достигающих высоты 50—80 м, а в
отдельных случаях и более 100 м, объемом2—4 млн м2 (рис. 15.8). В
России действуют несколько тысяч карьеров для открытой
разработки полезных ископаемых, из них самые глубокие — Кор-
кинские угольные карьеры в Челябинской области (более 500 м).
361
i
Рис. 15.8. Общий вид террикона (фото И. К. Сипягиной)
Глубина угольных шахт нередко превышает 1500 м.
Приведенные данные показывают, что недра нуждаются в постоянной
экологической защите, в первую очередь от истощения запасов
полезных ископаемых, а также от загрязнения их вредными
отходами, неочищенными сточными водами и т. д.
С другой стороны, разработка недр оказывает вредное
воздействие практически на все компоненты окружающей среды и
ее качество в целом (рис. 15.9). Нет в мире другой отрасли
хозяйства, которую можно было бы сравнить с
горнодобывающей промышленностью по силе негативного воздействия на
природные экосистемы, исключая разве что природные и
техногенные катастрофы, подобные аварии на Чернобыльской
АЭС.
Окружающая среда испытывает значительные негативные
изменения и при транспортировке минерального сырья, его пе-
362
Рис. 15.9. Экологические последствия разработки недр
363
реработке, строительстве горнорудных предприятий,
подземных сооружений и т. д.
Контрольные вопросы
/. В чем заключается экологическая функция
литосферы?
2. Что такое деградация почв (земель) и каковы ее
причины?
3. Кратко охарактеризуйте экологический ущерб от
водной и ветровой эрозии.
4. Покажите, что общий экологический вред от
пестицидов (ядохимикатов) превышает пользу от их
применения.
5. Почему, если эрозию можно назвать недугом
ландшафта, то опустынивание — его смерть?
6. Что понимают под физическим загрязнением
окружающей среды?
7. Какие опасные ущербообразующие геологические
процессы вы знаете?
8. Объясните, почему разработка недр оказывает
огромное негативное воздействие на окружающую среду?
ГЛАВА 16
АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА БИОТИЧЕСКИЕ СООБЩЕСТВА
Нормальное состояние и функционирование биосферы, а,
следовательно, и стабильность окружающей среды
невозможны без обеспечения благоприятной среды обитания для всех
биотических сообществ во всем их многообразии. Утрата же
биоразнообразия ставит под угрозу не только благополучие
человека, но и само его существование.
Скорость уменьшения биоразнообразия, как у нас в
стране, так и во всем мире, за последние 30—40 лет резко
увеличилась. Снижение биоразнообразия отмечается на всех
уровнях — генетическом, видовом и экосистемном, что уже
приводит к необратимым изменениям природной среды.
Происходит самое значительное за последние 65 млн лет
исчезновение видов растений и животных со скоростью, в пять тысяч
раз превышающей естественный ход эволюции на Земле.
Антропогенные воздействия на главнейшие компоненты
биотических сообществ рассмотрим в следующем порядке:
растительный мир (леса и другие сообщества), животный
мир.
§ 1. Значение леса в природе и жизни
человека
Главенствующее значение в природе и в жизни человека
имеют леса. Россия богата лесом. Более 1,2 млрд га, или 75%
от площади земельных угодий, занимают леса. Ни одна страна
365
в мире не имеет больших запасов древесины. Обшая площадь
лесов России составляет сегодня значительную часть всех
лесов Земли. Это самые мощные легкие планеты из оставшихся.
Размещение лесов в нашей стране неравномерно,
наибольшая часть всей лесопокрытой площади находится в Западной и
Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Здесь сосредоточены
основные площади сосны обыкновенной, ели, лиственницы,
пихты, кедра сибирского, осины. Основные лесные богатства
сосредоточены в Восточной Сибири (45 % лесов всей страны) и
простираются от Енисея почти до Охотского моря. Этот
богатейший лесной край представлен такими ценными
древесными породами, как лиственница сибирская и даурская, сосна
обыкновенная, кедр сибирский и др.
Леса — важная составная часть окружающей среды. Как
экологическая система лес выполняет различные функции и
одновременно является незаменимым природным ресурсом
(рис. 16.1). Многочисленные исследования как у нас в стране,
так и за рубежом подтвердили исключительное значение лесов
в сохранении экологического равновесия в природной среде.
По мнению специалистов, значение средозащитной функции
леса, т. е. сохранность генофонда флоры и фауны, на порядок
выше их экономического значения как источника сырья и
продуктов.
Влияние лесов на окружающую среду исключительно
многообразно. Оно проявляется, в частности, в том, что леса:
— являются основным поставщиком кислорода на планете;
— непосредственно влияют на водный режим как на занятых
ими, так и на прилегающих территориях и регулируют
баланс воды;
— снижают отрицательное воздействие засух и суховеев,
сдерживают движение подвижных песков;
— смягчая климат, способствуют повышению урожаев
сельскохозяйственных культур;
— поглощают и преобразуют часть атмосферных химических
загрязнений;
— защищают почвы от водной и ветровой эрозии, селей,
оползней, разрушения берегов и других неблагоприятных
геологических процессов;
366
Рис. 16.1. Значение леса в природе и жизни человека
367
— создают нормальные санитарно-гигиенические условия,
благотворно влияют на психику человека, имеют огромное
рекреационное значение.
Вместе с тем леса являются источником получения
древесины и многих других видов ценного сырья. Из древесины
производят более 30 тыс. изделий и продуктов, и потребление ее
не уменьшается, а, наоборот, увеличивается. По расчетам
специалистов, только в странах Западной Европы дефицит
древесины к 2005 г. составит 220 млн м3.
Подчеркнем еще раз, что значение леса беспредельно.
Известный русский писатель Л. М. Леонов назвал его Другом с
большой буквы. Леса — важное и наиболее эффективное
средство поддержания естественного состояния биосферы и
незаменимый фактор культурного и социального значения.
Позитивная экологическая роль леса отражена в девизе
Международного конгресса лесоводов (Индия): «Лес — это вода, вода —
урожай, урожай — жизнь».
По своему значению, местоположению и выполняемым
функциям все леса подразделяют на три группы:
первая группа — леса, выполняющие защитные
экологические функции (водоохранные, полезащитные,
санитарно-гигиенические, рекреационные). Эти леса строго охраняются,
особенно лесопарки, городские леса, особо ценные лесные
массивы, национальные природные парки. В лесах этой группы
допускаются только рубки ухода за лесом и санитарные рубки
деревьев;
вторая группа — леса, имеющие защитное и ограниченное
эксплуатационное значение. Распространены они в районах с
высокой плотностью населения и развитой сетью
транспортных путей. Сырьевые ресурсы лесов этой группы
недостаточны, поэтому, чтобы сохранить их защитные и
эксплуатационные функции, требуется строгий режим лесопользования;
третья группа — эксплуатационные леса. Распространены
они в многолесных районах и являются основным
поставщиком древесины. Заготовка древесины должна осуществляться
без изменения естественных биотопов и нарушения
естественного экологического равновесия.
Принадлежность леса к той или иной группе определяет
режим лесопользования, который должен вестись на строго на-
368
учной основе с соблюдением основных принципов
максимального сбережения природных экосистем и рационального
использования лесных ресурсов.
§ 2. Антропогенные воздействия на леса
и другие растительные сообщества
Для характеристики нынешнего состояния растительного
покрова и в первую очередь лесных экосистем все чаще
используется термин — деградация. Леса раньше других
компонентов природной среды испытали отрицательное влияние
деятельности человека. Деградация лесов служит одним из
проявлений глобальных изменений, происходящих на Земле, которые
начались с появлением земледелия и скотоводства.
Воздействие человека на леса и вообще на весь
растительный мир может быть прямым и косвенным. К прямому
воздействию относятся: 1) сплошная вырубка лесов; 2) лесные
пожары и выжигание растительности; 3) уничтожение лесов и
растительности при создании хозяйственной инфраструктуры
(затопление при создании водохранилищ, уничтожение
вблизи карьеров, промышленных комплексов); 4) усиливающийся
пресс туризма.
Косвенное воздействие — это изменение условий обитания
в результате антропогенного загрязнения воздуха, воды,
применения пестицидов и минеральных удобрений. Определенное
значение имеет также проникновение в растительные
сообщества чуждых видов растений (интродуцентов).
В отчете ЮНЕП «О состоянии окружающей среды к 2000
году» подчеркнуто, что «сведение лесов — вероятно, наиболее
серьезная экологическая проблема, стоящая перед
человечеством...» Сведение (гибель) лесов в списке злодеяний человека
против окружающей среды, по А. Гору (1993), стоит на первом
месте. За несколько столетий была уничтожена значительная
часть всех лесных массивов на планете. На современном этапе
развития производительных сил лесные экосистемы
становятся еще более уязвимыми, утрачивают свои защитные функции,
369
их потенциальные средоустойчивые возможности значительно
ослабевают.
В XVII в. на Русской равнине площадь лесов достигала 5 млн
км2, к 2000 г. их оставалось не более 1,2 млн км2. В наши дни
лес в России вырубают примерно на 2 млн га ежегодно. В то
же время масштабы лесовосстановления с помощью посадок и
посевов леса постоянно сокращаются. Для естественного
восстановления леса после сплошной рубки требуются многие
десятки лет, а для достижения климаксной фазы, т. е. высокой
степени замыкания круговорота биогенов, и того больше —
первые сотни лет (Данилов-Данильян и др., 1994).
Аналогичное состояние, связанное с вырубкой леса,
наблюдается и в других странах мира. По данным ФАО
(сельскохозяйственная программа ООН), обезлесение только на
засушливых землях происходит на 4 млн га в год, из которых 2,7 млн
га приходится на Африку. Лес здесь рубят в основном на дро*
ва, поскольку спрос на топливную древесину постоянно
растет. Достаточно отметить, что 82% всей энергии,
используемой в восьми странах Сахелия (Африка), дает древесина.
В еще более опасном положении находятся вечнозеленые
влажные (дождевые) тропические леса — древние климаксные
экосистемы. Это бесценное хранилище генетического
многообразия исчезает с лица Земли примерно со скоростью 17 млн
га в год. Ученые полагают, что при таких темпах влажные
тропические леса, особенно в низменных равнинах, полностью
исчезнут через несколько десятков лет. По данным на 1992 г., в
Восточной и Западной Африке уничтожено 56% лесов, а в
отдельных районах до 70%; в Южной Америке (главным
образом в бассейне Амазонки) — 37%, в Юго-Восточной Азии —
.44% от первоначальных площадей. Их выжигают ради
расчистки земли под пастбища, интенсивно вырубают как источник
древесного топлива, выкорчевывают при неправильном
ведении системы земледелия, затапливают при строительстве
гидроэлектростанций, и т. д.
Пагубное влияние на лесные экосистемы оказывают
лесные пожары. Возникают они в подавляющем большинстве
случаев по вине людей, как следствие неосторожного обращения с
огнем. В зонах тропических лесов пожары образуются в
результате сознательного выжигания лесных массивов под пастбища
370
и других сельскохозяйственных целей. Сознательно выжигали
леса и в ходе военных действий, например во время войны во
Вьетнаме, Лаосе, Кампучии (1961 — 1975 гг.).
Ранее в России лесные пожары возникали в каждый
засушливый год. Огромные массивы леса (около 15 млн га) горели,
например, в Восточной Сибири в 1915 г. В дальнейшем в связи
с развитием новых технических средств тушения пожаров и
совершенствованием методов их обнаружения, площади
лесных пожаров сократились. Однако и сегодня лесные пожары
представляют серьезную угрозу для лесного фонда не только
России, но и всех стран мира. По данным Н. Ф. Реймерса (1990),
крупнейшие лесные пожары в последние годы
зарегистрированы в 1972 г. (европейская часть России) и в 1979 и 1987 гг.
(Восточная Сибирь). Значительные лесные пожары
наблюдались в 90-е гг. в Якутии и Магаданской области, в центральной
и северо-западной части европейской России. В 2002 г.
зарегистрировано более 43 тыс. пожаров, охвативших более 1360 тыс.
га лесной площади. Сгорело и повреждено леса на корню 32,4
млн м3. Наиболее сильные пожары в 2002 г. имели место в
республиках Саха (Якутия), Тыва, Хабаровском крае и
Амурской области.
В главе 13 уже рассматривалось весьма негативное
влияние атмосферных загрязнений, и в первую очередь диоксида
серы, на состояние лесных экосистем. В последние годы
значительным фактором деградации лесов становится
радиоактивное загрязнение. По подсчетам ученых, общая площадь лесов,
пораженных в результате аварии на Чернобыльской АЭС, в
Челябинской области и в зоне влияния ядерных испытаний на
Семипалатинском полигоне, составила более 3,5 млн га.
Помимо лесов возросшее негативное воздействие
человеческой деятельности проявляется и в отношении остального
растительного ценоза (сосудистые растения, грибы, водоросли,
лишайники, мохообразные и др.). Наиболее часто отрицательное
воздействие человека на растительные сообщества
проявляется при выкашивании трав, сборе лекарственных растений и ягод,
стравлении скоту и других видах непосредственного
использования. Множество различных видов растений гибнут под
воздействием загрязняющих веществ, а также в процессе
мелиоративной, строительной и сельскохозяйственной деятельности.
371
§ 3. Экологические последствия
воздействия человека на растительный
мир
Потребительское, а нередко и хищническое отношение
человека к растительным сообществам проявилось еще на
начальном этапе развития земледелия и скотоводства. В дальнейшем,
особенно с началом бурного развития экономики, такой подход
не только не был отвергнут, но, по-видимому, еще больше
закрепился в сознании людей.
Одним из первых, кто обратил внимание общественности
на пагубные экологические последствия такого подхода, был
Ф.Энгельс. В работе «Диалектика природы», оценивая
последствия вырубки лесов, он писал: «Людям, которые в
Месопотамии, Греции, Малой Азии и в других местах
выкорчевывали леса, чтобы получить таким путем пахотную землю, и не
снилось, что они положили начало нынешнему запустению
этих стран, лишив их, вместе с лесами, центров скопления и
сохранения влаги», и далее: «... какое им было дело до того,
что тропические ливни потом смывали беззащитный отныне
верхний слой почвы, оставляя после себя лишь обнаженные
скалы!»
Конечно, как справедливо отмечает В. Д. Бондаренко (1985),
нельзя видеть в сокращении лесов в историческом прошлом
только негативный фактор, не учитывая объективный характер
и необходимость этого процесса. Замена лесных площадей на
пашни и луга в определенной степени решали
продовольственную проблему, а древесный уголь был крайне необходим в
начальный период развития металлургии. Суть проблемы,
однако, заключается в том, что во многих странах леса
уничтожались настолько быстро, что лесопосадки не успевали за
темпами вырубки деревьев.
Масштабное антропогенное воздействие на биотические
сообщества приводит к тяжелым экологическим последствиям
как на экосистемно-биосферном, так и на популяционно-видо-
вом уровне.
На обезлесенных территориях возникают глубокие овраги,
372
разрушительные оползни и сели, уничтожается фотосинтези-
рующая фитомасса, выполняющая важные экологические
функции, ухудшается газовый состав атмосферы, меняется
гидрологический режим водных объектов, исчезают многие
растительные и животные виды и т. д.
Сведение крупных лесных массивов, особенно влажных
тропических — этих своеобразных испарителей влаги, по мнению
многих исследователей, неблагоприятно отражается не только
на региональном, но и на биосферном уровне. Уничтожение
древесно-кустарниковой растительности и травянистого
покрова на пастбищах в засушливых регионах ведет к их
опустыниванию.
Еще одно негативное экологическое последствие сведения
лесов — изменение альбедо земной поверхности. Альбедо (от
лат. albedo — белизна) — это величина, характеризующая
способность поверхности отражать падающие на нее лучи.
Интегральное альбедо крон деревьев составляет 10—15%, травы 20—
25, свежевыпавшего снега — до 90%. Альбедо земной
поверхности — один из важных факторов, определяющих климат как
в целом в мире, так и отдельных его регионов. Установлено,
что серьезные изменения климата на планете могут быть
вызваны изменением альбедо поверхности Земли всего лишь на
несколько процентов. В настоящее время с помощью
космических снимков обнаружено крупномасштабное изменение
альбедо (так же как и теплового баланса) всей поверхности Земли.
Ученые полагают, что это вызвано прежде всего уничтожением
лесной растительности и развитием антропогенного
опустынивания на значительной части нашей планеты.
Огромный вред состоянию естественных лесных экосистем
наносят упомянутые выше лесные пожары, надолго, если не
навсегда, замедляя процесс восстановления леса на сгоревших
площадях. Лесные пожары ухудшают состав леса, уменьшают
прирост деревьев, нарушают связи корней с почвой,
усиливают буреломы, уничтожают кормовую базу диких животных,
гнездовья птиц. В сильном пламени почва сжигается до такой
степени, что в ней полностью нарушается влагообмен и
способность к удержанию питательных веществ. Выжженная дотла
373
территория нередко быстро заселяется различными
насекомыми, что не всегда безопасно для людей из-за возможных
вспышек инфекционных заболеваний.
Кроме описанных выше прямых воздействий человека
на биотические сообщества важное значение имеют и
косвенные, например загрязнение их промышленными
выбросами.
Различные токсиканты, и в первую очередь диоксид
серы, оксиды азота и углерода, озон, тяжелые металлы,
весьма негативно влияют на хвойные и широколиственные
деревья, а также на кустарники, полевые культуры и травы, мхи
и лишайники, фруктовые и овощные культуры и цветы. В
газообразном виде или в виде кислотных осадков они
отрицательно действуют на важные ассимиляционные функции
растений, органы дыхания животных, резко нарушают
метаболизм и приводят к различным заболеваниям. Так,
например, под действием озона (03) в растениях снижается не
только активность транспортной системы, но и содержание
хлорофилла. Прослеживается высокая корреляция между
повреждением листьев и количеством адсорбированного
диоксида серы (S02). Высокие дозы S02 или продолжительные
воздействия его низких концентраций приводят к сильному
ингибированию процессов фотосинтеза и снижению
дыхания. Таким образом, из приведенных выше прмеров
следует, что такие токсиканты, как диоксид серы, озон и др.,
могут существенно нарушать различные биохимические и
физиологические процессы и структурную организацию клеток
растений и приводить к их гибели.
Существует индивидуальная реакция отдельных видов
растений на увеличение уровня атмосферного загрязнения. Все
виды растений по степени их сопротивляемости воздействию
загрязнения воздуха подразделяют на устойчивые,
промежуточные и чувствительные. Приведенные в табл. 16.1 данные
(Загрязнение воздуха..., 1988) следует рассматривать лишь как
весьма приблизительную оценку относительной
чувствительности растений к воздействию загрязнения воздуха диоксидом
серы (S02), оксидами азота (NOx) и озоном (03).
374
Таблица 16.1
Относительная чувствительность растений к воздействию
загрязнения воздуха
Вид растений
Пихта серебристая
Лиственница европейская
Лиственница японская
Береза европейская
Бук европейский
Акация черная
Липа узколистная
Люцерна
Картофель
Огурцы
Капуста
Морковь
Помидоры
Горох
Яблоня
Диоксид
серы
(S02)
ч
п
У
п
п
У
У
ч
У
ч
У
ч
ч
ч
ч
Оксиды
азота
(NOv)
п
ч
ч
ч
У
У
У
ч
п
-
ч
ч
п
ч
ч
Озон
(Оз)
ч
п
п
п
У
У
У
ч
ч
п
п
п
ч
п
п j
Примечание, у — устойчивые, ч — чувствительные, п — промежу*
точной чувствительности.
Крайне отрицательно на жизнедеятельности растений
сказываются автомобильные выхлопные газы, содержащие 60%
всех вредных веществ в городском воздухе, и среди них такие
токсичные, как оксиды углерода, альдегиды, неразложившие-
ся углеводороды топлива, соединения свинца. Например, под
их воздействием у дуба, липы, вяза уменьшается размер хло-
ропластов, сокращается число и размер листьев, сокращается
продолжительность их жизни, уменьшается размер и плотность
устьиц, общее содержание хлорофилла уменьшается в
полтора-два раза (Яблоков, Остроумов, 1985).
На популяционно-видовом уровне негативное воздействие
человека на биотические сообщества проявляется в утрате
биологического разнообразия, в сокращении численности и
исчезновении отдельных видов. По свидетельству ботаников, обед-
375
нение флоры наблюдается во всех растительных зонах и на всех,
кроме Антарктиды, материках. Причем наиболее уязвимой
оказывается флора островов.
Разрушение естественных природных сообществ уже
вызвало исчезновение ряда растений. В недалеком будущем
множество видов растений, которые сегодня сокращаются в
численности, также окажутся под угрозой исчезновения. В общей
сложности во всем мире нуждаются в охране 25—30 тыс. видов
растений, или 10% мировой флоры. Доля вымерших видов во
всех странах составляет более 0,5% общего числа видов флоры
мира, а в таких регионах, как Гавайские острова, более 11 %
(табл. 16.2, Малышев, 1981).
Таблица 16.2
Исчезновение видов высших растений под воздействием человека
за последние 200 лет
Страна
Континентальная часть
США:
1800—1850 гг.
1851—1900 гг.
1901—1955 гг.
1956—1981 гг.
Гавайские острова
Великобритания
Нидерланды
Бельгия
ФРГ
Число
исчезнувших
видов
4
41
45
100
225—270
С 1900 г. каждые
4 года по виду
50—75
62
около 200
Доля вымерших
организмов,
процент от общего
состава флоры
0,5—0,6
11,6
—
, Около 4,0
4,8
7,5
В настоящее время в России более тысячи видов находятся
на грани исчезновения и нуждаются в срочной охране. Из
флоры России навсегда исчезли незабудочник Чекановского,
волчеягодник баксанский, строгановия стрелолистная и многие
другие виды растений.
Сокращение числа видов сосудистых растений, а в ряде слу-
376
чаев и их исчезновение ведет к изменению видового состава
экосистем. По утверждению специалистов, это приводит к
разрыву эволюционно сложившихся пищевых сетей и к
дестабилизации экологической системы, что проявляется в ее
разрушении и обедненности. Напомним, что сокращение площадей,
покрытых зеленой растительностью, или ее разреживание
крайне нежелательны по двум причинам: во-первых, нарушается
глобальный круговорот углерода в биосфере и, во-вторых,
снижается интенсивность поглощения солнечной энергии
биосферой в процессе фотосинтеза.
§ 4. Значение животного
мира в биосфере
Животный мир — это совокупность всех видов и особей
диких животных (млекопитающих, птиц, пресмыкающихся,
земноводных, рыб, а также насекомых, моллюсков и других
беспозвоночных), населяющих определенную территорию или
среду и находящихся в состоянии естественной свободы.
Согласно Федеральному закону «О животном мире» (1995 г.),
основные понятия, связанные с охраной и использованием
животного мира, формулируются следующим образом:
— объект животного мира — организмы животного
происхождения или их популяция;
— биологическое разнообразие животного мира —
разнообразие объектов животного мира в рамках одного вида, между
видами и в экосистемах;
— устойчивое состояние животного мира — существование
объектов животного мира в течение неопределенно
длительного времени;
—- устойчивое использование объектов животного мира —
использование объектов животного мира, которое не приводит
в долгосрочной перспективе к истощению биологического
разнообразия животного мира и при котором сохраняется
способность животного мира к воспроизводству и устойчивому
существованию.
377
Рис. 16.2. Значение животного мира в природе и жизни человека
Животный мир является неотъемлемым элементом
окружающей среды и биологического разнообразия Земли,
возобновляющимся природным ресурсом, важным регулирующим
и стабилизирующим компонентом биосферы (рис. 16.2).
Главнейшая экологическая функция животных — участие
в биотическом круговороте веществ и энергии. Устойчивость
378
экосистемы обеспечивается в первую очередь животными, как
наиболее мобильным элементом.
Необходимо сознавать, что животный мир — не только
важный компонент естественной экологической системы и
одновременно ценнейший биологический ресурс. Очень важно и то,
что все виды животных образуют генетический фонд планеты,
все они нужны и полезны. В природе нет пасынков, как нет и
абсолютно полезных и абсолютно вредных животных. Все
зависит от их численности, условий существования и от ряда
других факторов. Одна из разновидностей 100 тыс. видов
различных мух — комнатная муха, является переносчиком ряда
заразных болезней. В то же время мухи кормят огромное
количество животных (мелкие птицы, жабы, пауки, ящерицы и др).
Лишь некоторые виды (клещи, грызуны-вредители и др.)
подлежат строгому контролю.
§ 5. Воздействие человека на животных
и причины их вымирания
Несмотря на огромную ценность животного мира, человек,
овладев огнем и оружием, еще в ранние периоды своей
истории начал истреблять животных (так называемый
«плейстоценовый перепромысел», а сейчас, вооружившись современной
техникой, развил «стремительное наступление» и на всю
естественную биоту. Конечно, на Земле и в прошлом, в любые
времена, по самым разным причинам происходила постоянная
смена ее обитателей. Однако сейчас темпы исчезновения видов
резко возросли, а в орбиту исчезающих вовлекаются все новые и
новые виды, которые до этого были вполне жизнеспособны.
Видные российские ученые-экологи А. В. Яблоков и С. А.
Остроумов подчеркивают, что в последнее столетие темпы спон-
таннЬго возникновения видов в десятки (если не в сотни) раз
ниже, чем темпы вымирания видов. Мы являемся
свидетелями упрощения как отдельных экосистем, так и биосферы в
целом.
Пока нет ответа на главный вопрос: каков возможный пре-
379
дел этого упрощения, за которым неизбежно должно
последовать разрушение «систем жизнеобеспечения» биосферы.
Главные причины утраты биологического разнообразия,
сокращения численности и вымирания животных следующие:
— нарушение среды обитания;
— чрезмерное добывание, промысел в запрещенных зонах;
— интродукция (акклиматизация) чуждых видов;
— прямое уничтожение с целью защиты продукции;
— случайное (непреднамеренное) уничтожение;
— загрязнение среды.
Нарушение среды обитания вследствие вырубки лесов,
распашки степей и залежных земель, осушения болот,
зарегулирования стока, создания водохранилищ и других
антропогенных воздействий коренным образом меняет условия
размножения диких животных, пути их миграции, что весьма
негативно отражается на их численности и выживании.
Например, в 60—70 гт. ценой больших усилий была
восстановлена калмыцкая популяция сайгака. Ее численность
превысила 700 тыс. голов. В настоящее время сайгака в
калмыцких степях стало значительно меньше, а его репродуктивный
потенциал потерян. Причины различные: интенсивный
перевыпас домашнего скота, чрезмерное увлечение проволочными
изгородями, развитие сети ирригационных каналов,
перерезавших естественные пути миграции животных, в результате чего
сайгаки тысячами тонули в каналах на пути их передвижения.
Нечто подобное происходило в районе г. Норильска (Гетов
и др., 1986). Прокладка газопровода без учета миграции
оленей в тундре привела к тому, что животные стали сбиваться
перед трубой в огромные стада, и ничто не могло их заставить
свернуть с векового пути. В результате погибли многие тысячи
животных.
Под чрезмерным добыванием имеется в виду как прямое
преследование и нарушение структуры популяции (охота), так
и любое другое изъятие животных и растений из природной
среды для различных целей.
В Российской Федерации отмечается снижение
численности ряда охотничьих видов животных,что связано в первую
очередь с нынешней социально-экономической ситуацией и воз-
380
росшей их незаконной добычей. Чрезмерная добыча служит
главной причиной сокращения и численности крупных
млекопитающих (слонов, носорогов и др.) в странах Африки и Азии.
Высокая стоимость слоновой кости на мировом рынке
приводит к ежегодной гибели около 60 тыс. слонов в этих странах.
Однако и мелкие животные уничтожаются в
невообразимых масштабах. По расчетам А. В. Яблокова и С. А.
Остроумова, на птичьих рынках больших городов европейской части
России ежегодно продаются не менее нескольких сотен тысяч
мелких певчих птиц. Объем международной торговли дикими
птицами превышает семь миллионов экземпляров, большая
часть которых погибают либо в дороге, либо вскоре после
прибытия.
Негативные воздействия такого фактора снижения
численности как чрезмерное добывание проявляется и по отношению
к другим представителям животного мира. Например, запасы
восточнобалтийской трески в настоящее время находятся на
таком низком уровне, которого не отмечалось за всю историю
изучения этого вида на Балтике. К 1993 г. общие уловы трески
снизились по сравнению с 1984 г. в 16 раз, несмотря на
возрастающие промысловые усилия (Государственный доклад...,
1995).
Запасы осетровых в Каспийском и Азовском морях
подорваны настолько, что, по-видимому, придется вводить запрет
на их промышленный лов. Основной причиной этого является
браконьерство, которое повсеместно приняло масштабы,
сопоставимые с промыслом. Ожидается продолжение запрета на
промысел мойвы в Баренцевом море, так как нет надежд на
восстановление численности популяции, подорванной
хищническим потреблением. С 1994 г. запрещен промысел в Дону
азово-кубанской сельди в связи с низкой численностью
популяции.
Третьей по важности причиной сокращения численности и
исчезновения видов животных является интродукция
(акклиматизация) чуждых видов. В литературе описаны
многочисленные случаи вымирания аборигенных (коренных) видов из-
за влияния на них завезенных видов животных или растений.
Есть еще больше примеров, когда местные виды из-за вторже-
381
ния «пришельцев» находятся на грани исчезновения. Широко
известны в нашей стране примеры негативного влияния
американской норки на местный вид — европейскую норку,
канадского бобра — на европейского, ондатры — на выхухоль, и т. д.
Многие ученые считают, что лишь в обедненные
антропогенные экосистемы возможно введение новых видов для
сбалансирования экологической системы. Так, например, по
мнению А. Г. Банникова, вполне допустима интродукция
растительноядных рыб — толстолобика, белого амура — в
искусственные каналы, где они будут препятствовать их зарастанию.
В целом же опыт работы
производственно-акклиматизационных станций Главрыбвода и некоторых других организаций
позволяет более оптимистично смотреть на перспективы
акклиматизации рыб и водных беспозвоночных, разумеется, при
достаточном экологическом обосновании. Нелишне отметить, что
ряд акклиматизационных работ российских ученых получили
высокую оценку на мировом уровне. Это, например, —
беспрецедентная в истории акклиматизации трансокеаническая
пересадка камчатского краба в Баренцево море, где в настоящее
время сформировалась его самовоспроизводящаяся популяция. Так
же успешно прошла акклиматизация пиленгаса в Азовском море
и горбуши на европейском Севере.
Другие причины снижения численности и исчезновения
животных — прямое их уничтожение для защиты
сельскохозяйственной продукции и промысловых объектов (гибель
хищных птиц, сусликов, ластоногих, койотов и др.); случайное
(непреднамеренное) уничтожение (на автомобильных дорогах
(рис. 16.3), в ходе военных действий, при кошении трав, на
линиях электропередач, при зарегулировании водного стока и
т. д.); загрязнение среды (пестицидами, нефтью и
нефтепродуктами, атмосферными загрязнителями, свинцом и
другими токсикантами).
Приведем только два примера, связанных с сокращением
видов животных из-за непреднамеренного воздействия
человека. В результате строительства гидротехнических плотин в
русле реки Волга полностью ликвидированы нерестилища
лососевых рыб (белорыбицы) и проходной сельди, а площади
рапространения осетровых рыб сократились до 400 га, что со-
382
Рис. 16.3. Динамика роста числа зарегистрированных случаев
столкновений лосей с транспортом в Московской области
(Щадилов, 1975)
ставляет 12% от прежнего нерестового фонда в Волго-Ахту-
бинской пойме.
В центральных областях России при ручном сенокошении
гибнет 12—15% полевой дичи, при использовании конных
косилок — 25—30%, при механизированной уборке сена— 30—
40%. В целом гибель дичи на полях при сельхозработах в семь-
десять раз превышает объем ее добычи охотниками.
Многочисленные наблюдения свидетельствуют о том, что
в природе, как правило, действуют одновременно несколько
факторов, вызывающих гибель особей, популяций и видов в
целом. При взаимодействии они могут приводить к серьезным
негативным последствиям даже при малой степени
выраженности каждого из них.
Контрольные вопросы
7. Каковы причины резкого снижения биоразнообразия в
природе в настоящее время?
383
2. Охарактеризуйте функции леса в биосфере.
3. Почему гибель лесов является одной из наиболее
серьезных экологических проблем?
4. К каким экологическим последствиям приводит
антропогенное воздействие на биотические сообщества?
5. Какова главнейшая экологическая функция животного
мира?
6. Назовите основные причины вымирания животных,
сокращения их числа и утраты ими биологического
разнообразия в настоящее время.
ГЛАВА 17
ОСОБЫЕ ВИДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА БИОСФЕРУ
К числу особых видов антропогенного воздействия на
биосферу относят:
1) загрязнение среды опасными отходами;
2) шумовое воздействие;
3) биологическое загрязнение;
4) воздействие электромагнитных полей и излучений и
некоторые другие виды воздействий.
§ 1. Загрязнение среды отходами
производства и потребления
Одной из наиболее острых экологических проблем в
настоящее время является загрязнение окружающей среды отходами
производства и потребления и в первую очередь опасными
отходами. Сконцентрированные в отвалах, хвостохранилищах,
терриконах, несанкционированных свалках отходы являются
источником загрязнения атмосферного воздуха, подземных и
поверхностных вод, почв и растительности. Все отходы
подразделяют на бытовые и промышленные (производственные).
Бытовые отходы могут находиться как в твердом, так и
жидком и реже — в газообразном состояниях. Твердые бытовые
отходы (ТБО) — совокупность твердых веществ (пластмасса,
бумага, стекло, кожа и др.) и пищевых отбросов, образующихся
в бытовых условиях. Жидкие бытовые отходы представлены в
385
основном сточными водами хозяйственно-бытового назначения.
Газообразные — выбросами различных газов.
Промышленные (производственные) отходы (ОП) — это
остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшихся
при производстве продукции или выполнении работ и
утратившие полностью или частично исходные потребительские
свойства (рис. 17.1). Они бывают твердыми (отходы металлов,
пластмасс, древесина и т. д.), жидкими (производственные
сточные воды, отработанные органические растворители и т. д.) и
газообразными (выбросы промышленных печей, автотранспорта
и т. д.). Промышленные отходы, так же как и бытовые, из-за
недостатка полигонов захоронения в основном вывозятся на
несанкционированные свалки. Обезвреживается и утилизируется
только 1/5 часть.
Наибольшее количество промышленных отходов образует
угольная промышленность, предприятия черной и цветной
металлургии, тепловые электростанции, промышленность
строительных материалов.
Кризисные экологические ситуации, периодически
возникающие в различных точках планеты, во многих случаях обу-
Рис. 17.1. Строительная площадка - экологически опасное место
386
словлены негативным воздействием так называемых опасных
отходов. Под опасными отходами понимают отходы,
содержащие в своем составе вещества, которые обладают одним из
опасных свойств (токсичность, взрывчатость, инфекционность,
пожароопасность и т. д.) и присутствуют в количестве,
опасном для здоровья людей и окружающей среды.
Опасные отходы стали проблемой века и для борьбы с
ними предпринимаются огромные усилия во всем мире. В
России к опасным отходам относят около 10% от всей массы
твердых отходов. Среди них металлические и гальванические шла-
мы, отходы стекловолокна, асбестовые отходы и пыль,
остатки от переработки кислых смол, дегтя и гудронов,
отработанные радиотехнические изделия и т. д.
Класс токсичности отходов определяют согласно
Классификатору токсичных промышленных отходов (1987).
Наибольшую угрозу для человека и всей биоты представляют опасные
отходы, содержащие химические вещества I и II класса
токсичности. В первую очередь — это отходы, в составе которых
присутствуют радиоактивные изотопы, диоксины, пестициды,
бенз(а)пирен и некоторые другие вещества. >
Радиоактивные отходы (РАО) — твердые, жидкие или
газообразные продукты ядерной энергетики, военных
производств, других отраслей промышленности и систем здравоохра-с
нения, содержащие радиоактивные изотопы в концентрации,
превышающей утвержденные нормы.
Радиоактивные элементы, например стронций-90,
передвигаясь по пищевым (трофическим) цепям, вызывают стойкие
нарушения жизненных функций, вплоть до гибели клеток и
всего организма. Некоторые из радионуклидов могут сохранять
смертоносную токсичность в течение 10—100 млн лет. По
удельной активности их подразделяют на низкоактивные (менее
0,1 Ku/м3), среднеактивные (0,1—100 Ku/м3) и высокоактивные
(свыше 1000 Ku/м3).
Во многих странах, особенно в тех из них, на территориях
которых имеются атомные электростанции (АЭС) и заводы
по переработке ядерного топлива, в настоящее время
накопились огромные количества РАО. Только на территории Рос-
387
сии суммарная активность незахороненных отходов
составляет 1,5 млрд Ки, что равняется 30 Чернобылям. В
Великобритании отходы атомной промышленности к 2000 г. должны
были составлять: высокой активности — 5 тыс. м3, средней
активности —- 80 тыс. м3, низкой активности — 500 тыс. м3
(Вронский, 1996).
Подавляющее большинство радиоактивных отходов,
хранящихся на АЭС, — это низко- и среднеактивные отходы.
Жидкие РАО в виде концентрата хранятся в специальных емкостях,
твердые — в спецхранилищах. В нашей стране, по данным на
1995 г., уровень заполнения емкостей и складов для РАО на
АЭС составил более 60% и при нынешних темпах все емкости
могут быть заполнены уже через 4—5 лет.
На ряде предприятий Минатома (ПО «Маяк», «Сибирский
химический комбинат» и др.) жидкие низко- и среднеактивные
РАО хранятся в открытых водоемах, что может привести к
радиоактивному заражению обширных территорий в случае
внезапных стихийных бедствий (землетрясений, наводнений и др.),
а также проникновения радиоактивных веществ в подземные
воды.
Огромное количество небольших захоронений
радиоактивных отходов (иногда забытых) рассеяно по всему миру. Так,
только в США их выявлено несколько десятков тысяч, из
которых многие являются активными источниками
радиоактивного излучения.
Очевидно, что проблема радиоактивных отходов со
временем будет еще более острой и актуальной. По прогнозам
МАГАТЭ, к 2005 г. из-за превышения срока.работы (более 30
лет) будут демонтированы (ликвидированы) 65 ядерных
реакторов АЭС и 260 других ядерных устройств. При их демонтаже
потребуется обезвредить огромное количество низкоактивных
отходов и обеспечить захоронение более 100 тыс. т
высокоактивных (Природа и ресурсы, 1990). Актуальны и проблемы,
связанные со списанием кораблей ВМФ с ядерными силовыми
установками. Накопление радиоактивных отходов на
российских флотах неуклонно растет, особенно после запрещения в
1993 г. сброса РАО в море.
388
Помимо жидких и твердых радиоактивных отходов, на АЭС
и объектах Минатома возможны и газообразные выбросы,
содержащие радиоактивные аэрозоли, летучие соединения
радиоактивных изотопов или сами радиоактивные изотопы.
Диоксинсодержащие отходы образуются при сжигании
промышленного и городского мусора, бензина со свинцовыми
присадками и как побочные продукты в химической, целлюлозно-
бумажной и электротехнической промышленности.
Установлено, что диоксины образуются также при обезвреживании
воды хлорированием, в местах хлорного производства, в
особенности при производстве пестицидов.
Диоксины — синтетические органические вещества из
класса хлоруглеводородов. Диоксины 2, 3, 7, 8, — ТХДД и диокси-
ноподобные соединения (более 200) — самые токсичные из
полученных человеком веществ. Они обладают мутагенным,
канцерогенным, эмбриотоксическим действием; подавляют
иммунную систему («диоксиновый СПИД») и в случае получения
человеком через продукты питания или в виде аэрозолей
достаточно высоких доз вызывают «синдром изнурения» —
постепенное истощение и смерть без явно выраженных
патологических симптомов. Биологическое действие диоксинов
проявляется уже в исключительно низких дозах.
Впервые в мире диоксиновая проблема возникла в США в
30—40 гг. В России производство этих веществ началось в 70-е
гг. прошлого столетия вблизи г. Куйбышева и в г. Уфе, где
выпускался гербицид и другие диоксинсодержащие
консерванты древесины. Первое крупномасштабное диоксиновое
загрязнение окружающей среды зарегистрировано в 1991 г. в районе
г. Уфы. Содержание диоксинов в водах р. Уфы более чем в 50
тыс. раз превысило их предельно допустимые концентрации
(Голубчиков, 1994). Причина загрязнения воды — поступление
фильтрата из уфимской городской свалки промышленных и
бытовых отходов, где, по оценочным данным, было
законсервировано более 40 кг диоксинов. Как следствие, содержание
диоксинов в крови, жировой ткани и грудном молоке многих
жителей Уфы и Стерлитамака увеличилось в 4—10 раз по
сравнению с допустимым уровнем.
389
Серьезную экологическую опасность для человека и биоты
представляют также отходы, содержащие пестициды, бенз(а)пи-
рен и другие токсиканты. Кроме того, следует учитывать, что
за последние десятилетия человек, качественно изменив
химическую обстановку на планете, включил в круговорот
совершенно новые, весьма токсичные вещества, экологические
последствия от использования которых еще не изучены.
Существенное значение имеет и потенциальная опасность
перемещения в Россию опасных промышленных отходов из
стран Западной Европы, США, Японии и других стран.
Многочисленные попытки реализовать такую опасность и тем самым
«затопить» Россию опасными отходами предпринимаются
вплоть до настоящего времени. Постановлением
Правительства РФ от 1 июля 1995 г. ввоз в нашу страну опасных отходов с
целью захоронения или обезвреживания был запрещен. В
целом проблема опасных отходов в России, по В. И. Данилову-
Данильяну и др. (1994), «является по-видимому, самой
запущенной по всем позициям: средствам наблюдения и контроля,
законодательству, системам очистки и безопасности, угрозе
здоровью населения». Это подтверждается острой дискуссией,
которая велась в нашей стране после принятия в 2001 г.
Государственной Думой пакета законов, разрешающих ввоз в Россию
отработанного ядерного топлива (ОЯТ) с зарубежных АЭС для
его переработки и технологического хранения при
определенных условиях.
§ 2. Шумовое воздействие
Шумовое воздействие — одна из форм вредного
физического воздействия на окружающую природную среду.
Загрязнение среды шумом возникает в результате недопустимого
превышения естественного уровня звуковых колебаний. С
экологической точки зрения в современных условиях шум
становится не просто неприятным для слуха, но и приводит к
серьезным физиологическим последствиям для человека. В урбани-
390
зированных зонах развитых стран мира от действия шума
страдают десятки миллионов людей.
В зависимости от слухового восприятия человека упругие
колебания в диапазоне частот от 16 до 20 000 Гц называют
звуком, менее 16 Гц — инфразвуком, от 20 000 до 1 • 109 —
ультразвуком и свыше 1-Ю9 — гиперзвуком. Человек способен
воспринять звуковые частоты лишь в диапазоне 16—20 000 Гц.
Единица измерения громкости звука, равная 0,1
логарифма отношения данной силы звука к пороговой
(воспринимаемой ухом человека ) его интенсивности, называется
децибелом (дБ). Диапазон слышимых звуков для человека
составляет от 0 до 170 дБ (рис. 17.2, по Н. Ф. Реймерсу, 1992).
Естественные природные звуки на экологическом
благополучии человека, как правило, не отражаются. Звуковой
дискомфорт создают антропогенные источники шума, которые
повышают утомляемость человека, снижают его умственные
возможности, значительно понижают производительность труда,
вызывают нервные перегрузки, шумовые стрессы и т. д.
Высокие уровни шума (> 60 дБ) вызывают многочисленные
жалобы, при 90 дБ органы слуха начинают деградировать, ПО—
120 дБ считается болевым порогом, а уровень антропогенного
шума свыше 130 дБ — разрушительный для органа слуха
предел. Замечено, что при силе шума в 180 дБ в металле
появляются трещины.
Основные источники антропогенного шума — транспорт
(автомобильный, рельсовый и воздушный) и промышленные
предприятия. Наибольшее шумовое воздействие на окружающую
среду оказывает автотранспорт (80% от общего шума). В
настоящее время на автомобильных дорогах Москвы,
Санкт-Петербурга и других крупных городов России уровень шума от
транспорта в дневное время достигает 90—100 дБ и даже
ночью в некоторых районах не опускается ниже 70 дБ (предельно
допустимый уровень шума для ночного времени — 40 дБ).
Официальные данные свидетельствуют, что в России
примерно 35 млн человек (или 30% городского населения)
подвержены существенному, превышающему нормативы,
воздействию транспортного шума. От авиационного шума страдают не-
391
Рис. 17.2. Шкала силы звука (дБ)
392
сколько миллионов человек. При взлете самолетов наиболее
шумных типов (ИЛ-76, ИЛ-86 и др.) авиационный шум с
максимальным уровнем 75 дБ фиксируется на расстоянии более
10 км от аэропорта. Шумовое воздействие в крупных
индустриальных городах мира — одна из наиболее острых
экологических проблем современности. Подсчитано, что более
половины населения Западной Европы проживает в районах, где
уровень шума составляет 55—70 дБ.
Многочисленные эксперименты и практика подтверждают,
что антропогенное шумовое воздействие неблагоприятно
сказывается на организме человека и сокращает
продолжительность его жизни, ибо привыкнуть к шуму физически
невозможно. Человек может субъективно не замечать звуки, но от
этого разрушительное действие его на органы слуха не только
не уменьшается, но и усугубляется.
Неблагоприятно влияет на питание тканей внутренних
органов и на психическую сферу человека и звуковые колебания с
частотой менее 16 Гц (инфразвуки). Так, например,
исследования, проведенные датскими учеными, показали, что инфразвуки
вызывают у людей состояние, аналогичное морской болезни,
особенно при частоте менее 12 Гц.
Шумовое антропогенное воздействие небезразлично и для
животных. В литературе имеются данные о том, что
интенсивное звуковое воздействие ведет к снижению удоев,
яйценоскости кур, потере ориентирования у пчел и к гибели их личинок,
более ранней линьке у птиц, преждевременным родам у
зверей, и т. д. В США установлено, что беспорядочный шум
мощностью 100 дБ приводит к запаздыванию прорастания семян и
к другим нежелательным явлениям.
§ 3. Биологическое загрязнение
Под биологическим загрязнением понимают
привнесение в экосистемы в результате антропогенного воздействия не-
393
характерных для них видов живых организмов (бактерий,
вирусов и др.), ухудшающих условия существования
естественных биотических сообществ или негативно влияющих на
здоровье человека.
Основными источниками биологического воздействия
являются сточные воды предприятий пищевой и кожевенной
промышленности, бытовые и промышленные свалки, кладбища,
канализационная сеть, поля орошения и др. Из этих
источников разнообразные органические соединения и патогенные
микроорганизмы попадают в почву, горные породы и подземные
воды. По данным санэпидстанций, патогенные кишечные
палочки обнаруживаются в подземных водах на глубине до 300 м
от поверхности земли.
Особую опасность представляет биологическое загрязнение
среды возбудителями инфекционных и паразитарных болезней.
Значительные изменения окружающей среды в результате
антропогенного воздействия приводят к непредсказуемым
последствиям в поведении популяций возбудителей и переносчиков
опасных для человека и животных болезней.
Увеличивается количество вспышек классической чумы
свиней, оспы у овец, клещевого энцефалита и геморрагической
лихорадки среди людей. По мнению авторов Государственного
доклада (1995), в сложившейся ситуации наступление СПИДа —
лишь первое звено в цепи возможных эпидемий неизвестных
прежде заболеваний вирусной этиологии. Цитомегалавирус, не
представлявший значительной опасности еще несколько лет
назад, может стать главной угрозой в связи с трансплантациями
органов и тканей, а также как оппортунистическая инфекция
при СПИДе. Весьма опасны также вирус лихорадки Чикунгу-
нья, вирус геморрагической лихорадки с почечным синдромом
(вирус «Хантаан») и другие, уничтожение которых
представляет значительные трудности.
Полученные в последние годы данные позволяют говорить
об актуальности и многогранности проблемы биобезопасности.
Так, новая экологическая опасность создается в связи с
развитием биотехнологии и генной инженерии. При несоблюдении
санитарных норм возможно попадение из лаборатории или завода
394
в окружающую природную среду микроорганизмов и
биологических веществ, оказывающих весьма вредное воздействие на
биотические сообщества, здоровье человека и его генофонд.
Помимо генно-инженерных аспектов, среди актуальных
вопросов биобезопасности, имеющих важное значение для
сохранения биоразнообразия, выделяют также:
— перенос генетической информации от домашних форм к
диким видам;
— генетический обмен между дикими видами и
подвидами, в том числе риск генетического загрязнения
генофонда редких и исчезающих видов;
— генетические и экологические последствия
преднамеренной и непреднамеренной интродукции животных и
растений.
§ 4. Воздействие электромагнитных полей
и излучений
Законом РФ об охране окружающей среды (2002 г.)
предусмотрены меры по предупреждению и устранению вредных
физических воздействий, включая и электромагнитные поля.
На протяжении миллиардов лет естественное магнитное
поле Земли, являясь первичным периодическим экологическим
фактором, постоянно воздействовало на состояние экосистем.
В ходе эволюционного развития структурно-функциональная
организация экосистем адаптировалась к естественному фону.
Некоторые отклонения наблюдаются лишь в периоды
солнечной активности, когда под влиянием мощного
корпускулярного потока магнитное поле Земли испытывает кратковременные
резкие изменения своих основных характеристик.
Это явление, получившее название магнитных бурь,
неблагоприятно отражается на состоянии всех экосистем,
включая и организм человека. В этот период отмечается
ухудшение состояния больных, страдающих сердечно-сосудистыми,
395
нервно-соматическими и другими заболеваниями. Влияет
магнитное поле и на животных, в особенности на птиц и
насекомых.
На нынешнем этапе развития научно-технического
прогресса человек вносит существенные изменения в
естественное магнитное поле, придавая геофизическим факторам
новые направления и резко повышая интенсивность своего
воздействия. Основные источники этого воздействия —
электромагнитные поля от линий электропередач (ЛЭП) и
электромагнитные поля от радиотелевизионных и радиолокационных
станций.
На территории СНГ общая протяженность только ЛЭП-500
кВ превышает 20 000 км (помимо ЛЭП-150, ЛЭП-300 и ЛЭП-750).
Линии электропередач (ЛЭП), и некоторые другие
энергетические установки создают электромагнитные поля промышленных
частот (50 Гц) в сотни раз выше среднего уровня естественных
полей (рис. 17.3). Напряженность поля (Е) под ЛЭП может
достигать десятков тысяч вольт на метр.
Наибольшая напряженность поля наблюдается в месте
максимального провисания проводов, в точке проекции крайних
проводов на землю и в 5 м от нее кнаружи от продольной оси
трассы: для ЛЭП-330 кВ — 3,5—5,0 кВ/м, для ЛЭП-500 кВ —
Рис. 17.3. ЛЭП (линия электропередач) — мощный источник
электромагнитного загрязнения окружающей среды
396
7,6—8 кВ/м и для ЛЭП-750 кВ — 10,0—15,0 кВ/м (Думанский
и др., 1976).
Отрицательное воздействие электромагнитных полей на
человека и на те или иные компоненты экосистем прямо
пропорционально мощности поля и времени облучения.
Неблагоприятное воздействие электромагнитного поля, создаваемого ЛЭП,
проявляется уже при напряженности поля, равной 1000 В/м.
У человека нарушаются эндокринная система, обменные
процессы, функции головного и спинного мозга и др.
Воздействие неионизирующих электромагнитных
излучений от радиотелевизионных и радиолокационных станций на
среду обитания человека связано с формированием
высокочастотной энергии. Японскими учеными обнаружено, что в
районах, расположенных вблизи мощных излучающих теле-
и радиоантенн, заметно повышается заболеваемость
катарактой. Медико-биологическое негативное воздействие
электромагнитных излучений возрастает с повышением частоты, т. е.
с уменьшением длины волн.
В целом можно отметить, что неионизирующие
электромагнитные излучения радиодиапазона от радиотелевизионных
средств связи, радиолокаторов и других объектов приводят к
значительным нарушениям физиологических функций
человека и животных. По мнению профессора С. Нита (Япония),
вредное воздействие на человеческий организм невидимого,
но очень опасного электромагнитного загрязнения
окружающей среды идет гораздо более быстрыми темпами, чем
прогресс в электронике. Крайне необходимы дальнейшие эколо-
го-эпидемиологические исследования воздействия
электромагнитных полей и излучений на здоровье человека, состояние
биоты и экосистем в целом.
Контрольные вопросы
/. На какие виду классифицируются отходы производства
и потребления?
2. Какие отходы представляют наибольшую
экологическую опасность для человека и биотических сообществ?
397
3. Существует ли опасность перемещения в Россию
токсичных промышленных отходов из других стран?
4. Назовите основные источники антропогенного шума.
При какой силе звука уровень шума считается для
человека недопустимым?
5. Что называют биологическим загрязнением?
6. Опасно ли для человека и биоты воздействие
электромагнитных полей и излучений?
ГЛАВА 18
ЭКСТРЕМАЛЬНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ
НА БИОСФЕРУ
Экстремальные разрушительные воздействия на природную
окружающую среду могут иметь антропогенный (военные
действия, аварии, катастрофы) и природный характер (стихийные
бедствия).
Территории, где в результате действия аварий, катастроф,
военных действий или стихийных бедствий происходят
отрицательные изменения в окружающей среде, угрожающие
здоровью человека, состоянию естественных экологических
систем, генетическому фонду растений и животных, объявляют
зонами чрезвычайной экологической ситуации.
Самым мощным разрушительным фактором из всех видов
воздействия человека на окружающую среду считаются
военные действия. Война наносит неслыханный урон человеческой
популяции и экосистемам. Только в период второй мировой
войны военными действиями была охвачена площадь около 3,3
млн км2, в ходе войны погибло 55 млн человек.
Во время войны в Персидском заливе в феврале 1991 г.
было взорвано 1250 нефтяных скважин, в результате чего
ежедневно сгорало около 1 млн т нефти, загрязняя воздух на
многие сотни километров от Кувейта. Ракетно-бомбовые удары
НАТО по военным и гражданским объектам Югославии в
первой половине 1999 г. привели к мощным пожарам и
разрушениям, весьма опасному загрязнению воздуха, почвы, вод
Дуная токсичными химическими веществами и
нефтепродуктами.
399
Крупные техногенные аварии и катастрофы также
оказывают пагубное влияние на большое число природных
экосистем, вызывают необратимые изменения окружающей среды,
нередко сопровождаются значительными людскими и
материальными потерями. Без всякого преувеличения можно
отметить, что они серьезно нарушают экологическую
безопасность государства, вызывают резко негативное отношение
населения к государственной политике в области охраны
окружающей среды. В. В. Петров (1995) отмечает, что именно
трагедии Чернобыля, Арала, крупные аварии и катастрофы с
тяжелыми экологическими последствиями окончательно
повернули общественное мнение в сторону защиты окружающей
среды и положили начало широкому экологическому
движению в России.
Мощным дестабилизатором экологической обстановки
являются и природные стихийные бедствия, в результате
которых гибнет огромное число людей, меняются рельеф и климат
планеты, уничтожается растительный покров, нарушаются
основные системы жизнеобеспечения Земли.
§ 1. Воздействие оружия массового
уничтожения
Любые военные действия наносят окружающей среде
весьма ощутимый ущерб, особенно если они ведутся на большой
территории в течение длительного времени, однако и при
кратковременных военных конфликтах могут возникнуть
чрезвычайные экологические ситуации, если возможный противник
применит современные средства поражения. Преднамеренные
воздействия человека на природу и окружающую среду в
военных целях получили названия экоцида (биоцида, экологической
войны).
В настоящее время наиболее разрушительным
потенциалом обладает оружие массового уничтожения — ядерное,
химическое и бактериологическое. Все компоненты окружаю-
400
шей среды, и человек в первую очередь, весьма уязвимы для
каждого из этих видов оружия.
Ядерное оружие характеризуется большой мощностью и
различным поражающим действием, которое определяется
воздействиями на окружающую среду ударной волны, светового
излучения, проникающей радиации, радиоактивного заражения
и электромагнитного импульса.
Ударная волна при ядерном взрыве обладает колоссальной
разрушительной силой, нанося незащищенным людям и
животным тяжелые травмы, вплоть до их гибели. При
избыточном давлении во фронте ударной волны более 50 кПа
наблюдается полное повреждение лесного массива, деревья с корнем
вырываются, а у людей разрываются внутренние органы,
переламываются кости.
Световое излучение вызывает сильнейшие ожоги
открытых участков тела, в том числе сетчатки глаз. В Хиросиме и
Нагасаки термические поражения (ожоги) были основными
последствиями ядерных взрывов.
Под воздействием проникающей радиации, вызываемой
смертоносными гамма-лучами и нейтронами, у людей и
животных возникает лучевая болезнь, которая в тяжелых случаях
заканчивается летальным исходом.
В 70—80-е гг. было введено понятие «ядерной зимы» — мо-
дельно прогнозируемого резкого и длительного похолодания,
могущего возникнуть в случае войны с применением
термоядерного оружия (Н. Н. Моисеев, М. И. Будыко, Г. С.
Голицын и др.). При этом среднее понижение температуры воздуха
над северным полушарием прогнозируется более чем на 20 °С.
Грандиозные пожары, которые неизбежно будут сопровождать
ядерные взрывы, создадут огромные массы газообразных
примесей и дыма, которые вызовут затемнение поверхности
Земли («ядерная ночь») на многие недели и даже месяцы.
«Ядерная зима» — это глобальная экологическая
катастрофа, которая в случае ее возникновения окажет разрушительное
действие на основные природные экосистемы Земли и
приведет к самоуничтожению человечества.
Химическое оружие предназначено для отравления челове-
401
ка и биоты с помощью боевых отравляющих веществ — газов,
жидкостей или твердых веществ. Средства их применения:
ракеты, мины, снаряды, бомбы или распыление с самолетов.
Химические отравляющие вещества способны внедряться и
передвигаться по трофическим цепям, представляя высокую
токсичную опасность для жизнедеятельности организмов.
В больших количествах химическое оружие применялось
во время первой мировой войны и во Вьетнаме. В 1914—1918 гг.
боевые отравляющие вещества, в основном иприт, вызвали
гибель 10 тыс. человек и 1,2 млн человек сделали инвалидами.
В настоящее время создан принципиально новый класс
боевых отравляющих веществ — нервно-паралитического
действия (зарин, табун, зоман и др.), а также отравляющие
вещества психогенного, общеядовитого и удушающего действия. Все
они оказывают крайне негативное влияние на природные
экосистемы, вызывая массовые поражения людей, гибель
большой части популяций любых позвоночных животных,
растений.
Во Вьетнаме боевые отравляющие вещества применялись в
основном в виде дефолиантов (гербицидов), что приводило к
потере растениями листьев, нарушению роста, а впоследствии
и к полной гибели их на больших площадях. Это, безусловно,
оказало отрицательное воздействие на все природные
экосистемы. В результате распыления армией США свыше 100 тыс. т
дефолиантов (гербицидов) во Вьетнаме было уничтожено 12%
лесов, 40% мангров и более 5% сельхозугодий страны. Из 150
видов птиц осталось 18, почти полностью исчезли насекомые,
многие растения погибли как биологический вид.
Непосредственный ущерб здоровью был причинен 1,6 млн вьетнамцев.
Более 7 млн человек вынужденно покинули районы, где было
применено химическое оружие (Н. Ф. Реймерс, 1990). Авторы
отчета Американской академии наук считают, что
растительность Вьетнама сумеет преодолеть последствия
массированного применения дефолиантов только через десятилетия, если не
через столетия.
В ходе военных действий в 1961—1975 гг. во Вьетнаме,
Лаосе и Камбоджи американские войска использовали не только
402
химическое оружие. Широко применялась тактика «выжженной
земли». В результате массированных бомбардировок
образовались огромные площади антропогенного бедленда (от англ.
«дурные земли»). С помощью мощных бульдозеров срезались
под «корень» тропические леса вместе с почвой, затоплялись
прибрежные территории, широко применялся напалм
(зажигательная смесь) и др. Именно в период войны в Индокитае
А. Гальфсоном (1970) был впервые введен термин «экоцид»
(экологическая война).
Бактериологическим (биологическим) оружием называют
бактериальные средства (бактерии, вирусы и др.), яды
(токсины), предназначенные для массового поражения людей.
Используются с помощью живых переносчиков заболеваний
(грызунов, насекомых и др.), либо в виде боеприпасов,
начиненных зараженными порошками или жидкостью.
Бактериологическое оружие способно вызвать массовые
инфекционные заболевания людей и животных чумой, холерой,
сибирской язвой и другими болезнями, даже попадая в их
организм в ничтожно малых количествах. Многие бактерии
образовывают споры, которые могут сохраняться в почве в
течение десятилетий.
Ликвидация всех видов оружия массового уничтожения —
единственно реальный путь предотвращения глобальной
экологической катастрофы, связанной с военными действиями.
Сейчас же оружие массового уничтожения представляет
угрозу самому существованию планеты. Только мощность
накопленных запасов ядерного оружия в мире в 80-е гг. составляла
16 — 18* 109 т, т. е. на каждого жителя планеты приходилось
более 3,5 т тротилового эквивалента.
§ 2. Воздействие техногенных
экологических катастроф
Техногенная экологическая катастрофа — это авария
технического устройства (атомной электростанции, танкера и
403
т. д.), приведшая к весьма неблагоприятным изменениям в
окружающей среде и, как правило, массовой гибели живых
организмов и экономическому ущербу (Реймерс, 1990). Аварии и
катастрофы возникают внезапно, имеют локальный характер,
в то же время экологические последствия их могут
распространяться на весьма значительные расстояния.
Как показывает опыт, техногенные экологические
катастрофы возможны даже в странах с высокими технологическими
стандартами и возникновение их обусловлено комлексом
различных причин: нарушением техники безопасности,
ошибками людей либо их бездействием, различными поломками,
влиянием стихийных бедствий и т. д. Наибольшую экологическую
опасность представляют катастрофы на радиационных
объектах (атомные электростанции, предприятия по переработке
ядерного топлива, урановые рудники и др.), химических
предприятиях, нефте- и газопроводах, транспортных системах (морской
и железнодорожный транспорт и др.), плотинах водохранилищ
и т. д.
Самая крупная в истории человечества катастрофа
техногенного характера, приведшая к трагическим последствиям,
произошла 26 апреля 1986 г. на четвертом энергоблоке
Чернобыльской АЭС на Украине. От острой лучевой болезни погибли 29
человек, эвакуировано более 120 тыс. человек, общее число
пострадавших превысило 9 млн человек. Следы чернобыльского
«события» в генном аппарате человечества, по свидетельству
медиков, исчезнут лишь через 40 (сорок) поколений.
25 апреля 1986 г. на Чернобыльской АЭС готовились
остановить четвертый энергоблок на «планово-предупредительный»
ремонт. Во время остановки блока предполагалось провести
испытания с полностью отключенной защитой реактора в
режиме полного обесточивания оборудования АЭС. Это было
большим риском, могущим вызвать непредсказуемые последствия.
Сыграло свою роль и то, что в период испытаний была
отключена система аварийного охлаждения реактора (САОР). Это
и многочисленные ошибки персонала и руководства АЭС
создали в Чернобыле аварийную ситуацию, приведшую к
страшным последствиям. К тому же на АЭС были сооружены реак-
404
торы типа РБМК (реактор большой мощности канальный) без
надежной системы защиты рабочей зоны в случае аварии.
Общая площадь радиоактивного загрязнения по изолинии
0,2 мР/ч составила уже в первые дни аварии около 200 тыс.
км2, охватив многие районы Украины, Белоруссии, а также
Брянскую, Калужскую, Тульскую и другие области Российской
Федерации.
Заметные выпадения радионуклидов с периодом
полураспада от 11 (криптон-85) до 24 100 часов (плутоний-239)
достигли Болгарии, Польши, Румынии, ФРГ и других стран.
Максимальная величина загрязнения по цезию-137 в этих странах
достигала 1 Ки/км2.
По мнению американских ученых Э. Теллера, Л. Вуда и
др. (1996), несмотря на длительный срок после аварии,
чернобыльский синдром по-прежнему блокирует позитивное
восприятие атомной энергетики широкой общественностью
высокоразвитых стран. Поэтому ими предложен «очевидно»
безопасный для всех проект подземной атомной станции мощностью
1 ГВт, работающей в автоматическом режиме без участия
человека на глубине более 100 м. Конструкция ядерного реактора
такова, что позволяет использовать низкообогащенное ядерное
топливо, которое никогда не должно извлекаться.
Тем не менее обеспечение безопасности ядерных
источников энергии продолжает оставаться актуальнейшей проблемой
и может быть решена только совместными усилиями всего
мирового сообщества. В России к 2005 т. планируется вывести из
эксплуатации все ядерные реакторы АЭС первого поколения и
частично — второго. Вместо них будут построены новейшие
модификации реакторов на легкой воде и на быстрых
нейтронах (типа БН).
До Чернобыльской аварии в 1986 г. самой тяжелой в
ядерной энергетике считалась' авария в 1979 г. на американской АЭС
Тримайл-Айленд близ г. Гаррисберга (штат Пенсильвания).
Сохранившаяся защитная оболочка реактора
предотвратила весьма тяжелые экологические последствия от этой аварии.
Тем не менее населению и окружающей среде^ыл нанесен серь-
405
езный экологический вред. Из 30-километровой зоны бедствия
было эвакуировано все население.
Крупная авария произошла 29 сентября 1957 г. в
Челябинской области близ г. Кыштыма на оборонном предприятии,
которое было построено сразу после войны для создания
атомного оружия. По сообщению В. Е. Соколова (1993), взрыв
произошел в бетонных емкостях для жидких отходов, что привело
к выбросу радиоактивных продуктов деления в атмосферу и
последующему их рассеянию и осаждению на площади более
15 тыс. км2. Выброс составил 2 млн 100 тыс. Ки (при аварии на
Чернобыльской АЭС было выброшено 50 млн Ки).
К изучению и решению проблем, связанных с аварийным
выбросом, были привлечены крупные научные силы
(академики В. М. Клечковский, Н. П. Дубинин и др.). При изучении
последствий аварии в Челябинской области были заложены
основы практической радиоэкологии. Детально исследовались
закономерности поведения стронция-90 в сельскохозяйственных,
лесных и водных экосистемах, а также в пищевых цепях
человека и на их основе разрабатывались практические
рекомендации.
Очень опасны и тяжелы по своим экологическим
последствиям крупные аварии и катастрофы алхимических объектах.
В этих случаях происходит заражение отравляющими
веществами всего приземного слоя атмосферы, водных источников,
почв и т. д. При высоких концентрациях отравляющих веществ
наблюдается массовое поражение людей и животных.
В качестве примера рассмотрим последствия одной из
наиболее трагичных экологических катастроф, происшедшей на
химически опасном объекте в Бхопале (Индия). Здесь 3 декабря
1984 г. на фабрике по производству пестицидов,
принадлежащей американской компании «Юнион Карбайд», произошла
утечка из стальных цистерн весьма ядовитой смеси фосгена и
метилизоцианата в количестве более 30 т. В результате аварии
погибли 3 тыс. человек, около 20 тыс. ослепли и у 200 тыс.
человек отмечались серьезные поражения головного мозга,
параличи и т. д. У потомства, появившегося на свет после
катастрофы, наблюдались множественные случаи уродства. Ката-
406
строфа произошла из-за грубого нарушения техники
безопасности, ее усугубила необученность персонала действиям в
аварийных ситуациях.
Широкую известность получила экологическая катастрофа
на химическом производстве в г. Севезо (Италия). 10 июля
1976 г. из-за допущеной персоналом ошибки произошла
утечка около 2,5 кг сверхтоксичного вещества диоксина (тетрахлор-
дибензодиоксина), обладающего, как известно, канцерогенным,
тератогенным (патологическое действие на новорожденных) и
мутагенным действием. После описанной катастрофы диоксин
нередко стали называть также и Севезо-Д. В результате аварии
у нескольких сотен людей развилось тяжелое кожное
заболевание — хлоракне, десятки тысяч отравившихся животных
были забиты. По оценкам специалистов-экологов, действие
диоксина будет проявляться еще в течение двух-трех десятилетий,
поскольку это вещество способно длительно сохранять свою
токсичность.
Примером экологических катастроф, связанных с
морскими транспортными системами, является разлив более 16 тыс. т
мазута с танкера «Глобе Асими», происшедший в порту
Клайпеда 21 ноября 1971 г.
Разлив мазута отрицательно отразился на экосистеме
залива Балтийского моря. Резко уменьшилась численность
фитопланктона и его видовое разнообразие, было нарушено
естественное воспроизводство, загрязнены миграционные пути и
т. д.
В мире известны и другие крупнейшие катастрофы
морских судов, вызвавшие нефтяное загрязнение Мирового
океана. Так, в результате катастрофы танкера «Эксон Валдис» (1989)
в воду вылилось 50 тыс. т нефти; в августе 1983 г. недалеко от
Атлантического побережья загорелся и затонул танкер «Касти-
ло де Бельвер», в океане оказалось 250 тыс. т нефти;
неподалеку от французского порта Бордо в марте 1978 г. затонул
супертанкер «Амоко Надис», пролилось 230 тыс. т сырой нефти,
образовав на поверхности воды самое большое нефтяное пятно в
истории судоходства, погибли сотни тысяч морских птиц и
других животных.
407
В нашей стране, несмотря на существенное снижение
объемов и темпов производства в последние годы, наметилась
устойчивая тенденция роста числа техногенных аварий и
катастроф. Так, только в 2001 г. на территории России произошло
617 аварий и катастроф с экологическими последствиями, в
которых пострадало 3309 человек (Государственный доклад...,
2002). В основном это аварии на воздушном и
железнодорожном транспорте (при столкновении составов с опасными
грузами), а также аварии и катастрофы, связанные с выбросами
ядовитых газов — аммиака и пропана, со взрывами метана на
угольных шахтах, взрывами нефте- и газопроводов.
В ночь с 8 на 9 октября 1993 г. на 184-м километре
нефтепровода Лисичанск—Тихорецк произошел разрыв
72-сантиметровой трубы, из которой в р. Б. Крепкая вылилось 408 т сырой
нефти. В ходе возникшего пожара (рис. 18.1) большая часть
нефти сгорела, другая аккумулировалась в подземных и
поверхностных водах, почвах и горных породах, донных
отложениях и биоте. В результате состоянию биоты и экосистем был
нанесен серьезный экологическмй ущерб, что подтвердили
многочисленные анализы (Федоров, 1995).
§ 3. Стихийные бедствия
К стихийным бедствиям относят явления природы,
которые создают катастрофические экологические ситуации и, как
правило, сопровождаются огромными людскими и
материальными потерями. Стихийные бедствия с давних пор находятся в
центре внимания ученых. При ЮНЕСКО создана специальная
комиссия по их учету и анализу. Среди наиболее
распространенных и опасных стихийных бедствий выделяют
землетрясения, цунами, извержения вулканов, оползни, наводнения,
штормы (ураганы, циклоны, тайфуны), засухи и др. Об
исключительной актуальности борьбы с ними свидетельствовало
провозглашение Генеральной Ассамблеей ООН периода с 1990 по
408
Рис. 18.1. Экологические последствия аварии нефтепровода
Лисичанск—Тихорецк в 1993 г.
2000 г. международным десятилетием по уменьшению
опасности стихийных бедствий.
Стихийные бедствия — это отражение объективного
естественного хода эволюции Земли. Их возникновение в тех или
иных регионах обусловлено комплексом причин, среди кото-
409
рых главенствующее значение имеют геологические,
геоморфологические, климатические особенности территории.
Вероятность крупномасштабных стихийных бедствий
увеличивается по мере снижения устойчивости биосферы и возможного
изменения климата.
По своему происхождению все стихийные бедствия
классифицируются на два типа: эндогенные, т. е. связанные с
внутренней энергией Земли, и экзогенные, обусловленные главным
образом солнечной энергией и силой тяжести. К первому типу
относятся землетрясения, цунами, извержения вулканов, ко
второму — наводнения, штормы, тропические штормы, оползни,
засухи и др.
Стихийные бедствия эндогенного характера
Землетрясения — одно из наиболее грозных проявлений
внутренней энергии Земли. Внезапные сейсмические толчки и
колебания земной поверхности могут быть весьма
значительными и иметь катастрофичские экологические последствия.
В мире известны два наиболее опасных сейсмических
пояса: первый протягивается вдоль берегов Тихого океана,
образуя тихоокеанское «огненное кольцо», второй простирается от
Пиренейского полуострова до Малайского архипелага. Из-за
высокой плотности населения именно на второй, так называемый
Альпийско-Гималайский, пояс приходится до 75%
человеческих жертв землетрясений за последние десятилетия.
В России и в странах ближнего зарубежья к наиболее
опасным сейсмическим районам относят Карпаты, Крым, Кавказ,
Среднюю Азию, Алтай, Забайкалье, Дальний Восток, Сахалин,
Курильские острова, Камчатку. Постоянной угрозе
разрушительных землетрясений подвержено 20% территории России.
Землетрясения наносят весьма ощутимый вред
окружающей среде и уносят с собой тысячи человеческих жизней. Так,
весьма трагичным по своим последствиям оказалось
землетрясение в г. Тайшань (Китай), происшедшее 28 июля 1976 г. Оно
унесло четверть миллионов жизней (почти 25% населения
города). Лишь очень немногим из числа жителей города удалось
избежать телесных повреждений.
410
Величайшая сейсмическая катастрофа произошла в
высокогорной части Тибета 15 августа 1950 г. (Гималайское
землетрясение). Ученые подсчитали, что энергия этого
землетрясения была эквивалентна энергии взрыва 100 тыс. атомных бомб.
Немногие очевидцы, оставшиеся в живых, свидетельствовали
об огромных изменениях в рельефе, об оглушительном
грохоте, сопровождавшем подземные толчки, о небе, померкшем от
поднявшейся пыли.
В среднем на Земле ежегодно происходят 1
катастрофическое и 10 сильно разрушительных землетрясений. Так,
например, в августе 1999 г. в районе Мраморного моря на северо-
западе Турции во время землетрясения погибло 16 тыс.
человек, еще 35 тыс. получили ранения и травмы. Десятки тысяч
людей оказались под завалами. Повреждено более 17 тыс.
жилых строений.
За последние 50 лет на территории бывшего СССР
произошли сильнейшие землетрясения в г. Ашхабаде (1948 г.),
Ташкенте (1966 г.) и Спитаке (Армения) в 1988 г.
Спитакское землетрясение 7 декабря 1988 г. (рис. 18.2) по
своим масштабам стоит в ряду крупнейших сейсмических ка-
Рис. 18.2. Полностью рухнувшее многоэтажное здание панельного
типа в г. Спитаке (декабрь 1988 г.)
411
тастроф XX в., только человеческих жизней оно унесло более
25 тыс.
В России в последнее время землетрясение
катастрофической силы с магнитудой М = 8 и интенсивностью в эпицентре
9—10 баллов зафиксировано 4 октября 1994 г. в районе
Курильских островов (Сахалинская область). В зоне бедствия
оказались несколько десятков тысяч человек, имелись
человеческие жертвы, нанесен значительный ущерб природной среде
островов.
Одним из сильнейших землетрясений в истории России
стало Сахалинское — 27 мая 1995 г. Общая площадь,
подверженная катастрофическим сейсмическим толчкам, составила 215
тыс. км2, полностью был разрушен г. Нефтегорск, погибло
около 2 тыс. человек.
В тех случаях, когда сейсмические явления возникают на
дне океанов, на поверхности океана рождаются
гравитационные волны большой длины. Их называют японским словом
цунами. Высота этих сейсмических волн в области
возникновения относительно небольшая (0,1—5 м), а у побережья
достигает 15—20 м и более. Цунами перемещаются на сотни и
тысячи километров с огромной скоростью (до 800 км/ч и даже более
1000 км/ч).
26 декабря 2004 г. близ острова Суматра произошло
сильнейшее землетрясение с магнитудой М = 8,9 по шкале Рихтера.
Причина землетрясения — сдвиг плит вдоль линии
тектонического разлома на отрезке длиной более тысячи километров.
Образовались гигантские волны цунами, которые смыли
деревни и курорты в прибрежных низменных районах
Индонезии, Малайзии, Бангладеш, Шри-Ланки, Индии и Таиланда.
Погибло более 305 тыс. человек (данные на 31 января 2005 г.).
Системы мониторинга и предупреждения о цунами в регионе
отсутствовали. Устойчивость и защитные свойства природных
экосистем были снижены в результате сведения мангровых
зарослей, разрушения барьерных коралловых рифов и др.
По оценке специалистов землетрясение и цунами в
Индийском океане в декабре 2004 г. входит в десятку самых
грандиозных экологических катастроф в истории человечества.
В нашей стране цунами наблюдаются на восточных берегах
412
Камчатки и Курильских островов. Здесь за последние 200 лет
отмечено 14 цунами, из которых четыре были
катастрофическими. Последнее катастрофическое цунами в этом районе
было 5 ноября 1952 г. в районе острова Парамушир, на котором
располагался г. Северокурильск.
Экологические последствия землетрясений и цунами
могут быть самыми различными:
— массовая гибель и поражение людей и животных,
нарушение устойчивости природных экосистем;
— загрязнение атмосферы вследствие массовых пожаров при
замыкании энергетических сетей;
— смещение огромных земляных масс вниз по склону
(обвалы, горные оползни, оползни на берегах рек и морских
побережий);
— разрушение и затопление прибрежных населенных пунктов
волнами цунами;
— резкое ухудшение санитарной обстановки, возможное
возникновение эпидемий;
— сильное психологическое воздействие на людей, тяжкие
психические травмы со смертельным исходом.
Вулканические извержения — одно из наиболее
захватывающих зрелищ в природе и в то же время опаснейшее
стихийное бедствие. Всего в мире насчитывается 4 тыся.
вулканов, из них действующих 540. На территории России
действующие вулканы находятся на Камчатке и на Курильских
островах (рис. 18.3). Наиболее известен Ключевский (4850 м) —
самый высокий действующий вулкан Евразии, расположенный
на востоке Камчатки. Очень активны по частоте и силе
извержения также вулканы Шевелуч, Безымянный, Карымский, Ксу-
дач.
Крупные, но потухшие вулканы находятся на Кавказе —
Эльбрус (5642 м), Казбек, Арарат, конус которого покрыт
снежной шапкой.
Вулканической сверхкатастрофой может быть названо
извержение вулкана Кракатау в Зондском архипелаге, между
островами Ява и Суматра, в августе 1883 г. Извержение но-
413
Рис. 18.3. Действующий вулкан Кроноцкий (Камчатка)
сило взрывной характер. Взрыв уничтожил 2/3 острова,
образовался гигантский подводный кратер глубиной до 300 м.
Грохот извержения был слышен в Центральной Австралии
на расстоянии 3600 км (рис. 18.4). Вулканический пепел
поднялся на высоту до 80 км, облетел весь земной шар и
держался в атмосфере несколько лет. Цунами, которые
возникли при взрыве вулкана, погубили более 36 тыс. человек на
соседних островах.
Однако самым сильным извержением исторического
времени считается извержение вулкана Тамбора на острове Сумбава в
Индонезии в 1815 г. Первоначальная высота вулкана — 4000 м
— после взрыва уменьшилась до 2850 М. В атмосферу было
выброшено более 100 км3 горных пород, образовался огромный
кратер размером 6x6,5 км и глубиной 700 м. В течение трех дней
территория, равная Франции, на которой проживали миллионы
людей, была во власти кромешной тьмы. Общее число
погибших составило несколько десятков тысяч человек.
В XX в. самая крупная вулканическая катастрофа
произошла в марте 1956 г. на Камчатке. Извержение также носило
взрывной характер, в результате была снесена вершина
вулкана Безымянный и его высота уменьшилась на 200 м. Общий
414
Рис. 18.4. Последствия взрыва вулкана Кракатау (1883):
1 — зона распространения звуковой волны от взрыва; 2 — площадь
пеплопада; 3 — вулкан Кракатау; 4 — эпицентр землетрясения
26.12.2004 г., породившего гигантские волны цунами
объем выброшенного на высоту до 45 км пепла превысил 0,5
млрд м3. На расстоянии свыше 10 км толщина слоя
вулканического песка и пепла достигала 0,5 м.
Стихийные бедствия экзогенного характера
Среди стихийных бедствий экзогенного характера
наиболее опасны наводнения, тропические штормы, засуха,
оползни, обвалы и сели.
Наводнения — временное затопление значительной
части суши водой в результате подъема уровня в реке, озере,
море или искусственном водоеме. Наводнения наносят
огромный вред биоте и человеку, угрожая почти 3/4
поверхности Земли. По данным К. Я. Кондратьева и др. (1995), толь-
415
ко за период с 1981 по 1988 г. на Земле произошло пять
крупнейших наводнений, во время каждого из которых погибло
свыше 2000 человек (Индия, Перу, Бангладеш, Китай —
дважды).
В России наводнениям периодически подвергаются
низменные районы центральной части европейской территории,
Южного Урала, юга Западной Сибири, Поволжье, Северный
Кавказ и др. Общая площадь затоплений в разные годы
колеблется от 50 до 400 тыс. км2. В районах Дальнего Востока
наводнения носят характер стихийного бедствия.
При катастрофических речных наводнениях затапливаются
огромные территории, гибнут люди, надолго парализуется
хозяйственная деятельность человека. Экологические
последствия подобного рода наводнений весьма значительны.
Известно, например, катастрофическое наводнение в Приморье
летом 1950 г., когда была затоплена вся Приханкайская
низменность площадью более 6 тыс. км2. Небывало мощное
наводнение произошло летом 2002 г. на реке Кубань в Краснодарском
и Ставропольском краях России. Надолго останутся в памяти
людей наводнения, вызванные мощными заторами льда на
р. Енисей у г. Красноярска (1941), на р. Северная Двина у
г. Архангельска (1953), и др.
Все знают о наводнении в Петербурге 7 ноября 1824 г.,
красочно описанном А. С. Пушкиным в поэме «Медный всадник».
Максимальный уровень подъема воды достиг тогда 410 см,
погибло 208 человек, утонуло 3600 голов крупного рогатого
скота, разрушено и повреждено более 3 тыс. строений, из 94
судов, стоявших в гавани, удалось спасти только 12.
И тем не менее наводнения на реках России не достигали
столь грандиозных размеров бедствия, как на реках Янцзы и
Хуанхэ в Китае, Ганге и Брахмапутре в Индии, Миссури и
Миссисипи в США, Амазонке в Бразилии. Неслучайно река
Хуанхэ в Китае («Желтая река») больше известна под
названием «Скорбь Китая». 80 млн человек, которые живут в долине
р. Хуанхэ, фактически ниже уровня воды в реке, постоянно
испытывают страх перед катастрофическим наводнением.
Морские наводнения возникают в тех случаях, когда
море затопляет побережье или приморские территории. Обыч-
416
но зто бывает при сильных штормовых ветрах либо при
чрезвычайно обильных ливневых дождях.
Морские наводнения типичны для низменных
приморских территорий Голландии, северной части ФРГ,
значительной части Юго-Восточной Азии, побережья Мексиканского
залива и др.
Наиболее значительными природными катастрофами в
нашем столетии явились морские наводнения в Бенгальском
заливе (Бангладеш) в 1970 и 1988 гг. По свидетельству 3. Ку-
кала (1985), снимки пострадавшей области, сделанные с
самолета, просто потрясают. Уничтожены целые селения,
тысячи тел погибших, все затянуто светло-коричневой грязью.
Площадь затопления составила 7500 км2. Общее число
погибших при наводнении в ноябре 1970 г., по
неофициальным данным, достигало 1 млн человек. Наводнения были
вызваны ураганными штормовыми ветрами, образованными
тропическими тайфунами.
Огромные морские наводнения происходят и вне
тропических широт, затопляя огромные площади вдоль берегов
моря. Весьма значительных размеров, например, достигло
наводнение, которое сопровождало ураган, свирепствовавший
над Северным морем 31 января и 1 февраля 1953 г. Были
затоплены огромные площади в Голландии, Бельгии, на
восточном побережье Англии.
Огромное дестабилизирующее влияние наводнений на
экологическую обстановку сводится прежде всего к
массовой гибели людей, а также животных, в частности, молоди
рыбы, сельскохозяйственных культур, садов, виноградников.
В результате затопления ухудшается мелиоративное
состояние почв, увеличивается их минерализация, суглинистые
плодородные почвы переходят в малопригодные для
сельскохозяйственного производства глеевые почвы, и т. д.
Тропические штормы (ураганы, циклоны, тайфуны)
возникают в тропических широтах и представляют собой
движение воздушных масс (ветер) с огромной скоростью. При
переходе тропических штормов с моря на сушу они
сопровождаются гигантскими волнами вместе с ливнями и грозами.
В разных странах тропические штормы называют по-раз-
417
ному: ураган и циклон в Америке, тайфун в Юго-Восточной
Азии и на Дальнем Востоке, циклон — в Индии и
Бангладеш и т. д.
Ветер начинает вызывать повреждения уже при скорости
20 м/с. При урагане скорость ветра может достигать 50—60 м/с,
принося весьма значительные повреждения. Вряд ли кто-либо
из людей отважится выйти из помещения при скорости ветра
более 40 м/с, в противном случае ветер просто подхватит и
понесет его.
Наибольшее число тропических штормов зарождается в
районе Желтого моря и Филиппинских островов. Некоторые
из них достигают Владивостока и более северных
российских портов Тихоокеанского побережья. Самым губительным
в истории человечества считается тропический шторм
(тайфун) который 8 октября 1881 г. уничтожил порт Хайфон во
Вьетнаме. Погибли 300 тыс. человек. Катастрофической
силы ураганы отмечались и в XX столетии.
Штормы (нетропические или внетропические) — это
ураганы и циклоны со скоростью ветра более 30 м/с,
которые зарождаются над океаном вне тропических широт. Их
называют еще бурями и внешне они выглядят как
громадные черные тучи, передвигающиеся с огромной скоростью.
Страшные опустошения приносят ураганные ветры из
района Исландии, где смешиваются холодные потоки
воздуха с берегов Гренландии и теплые, сопровождающие
Гольфстрим (рис. 18.5).
В Европе они вызывают не только крупнейшие
наводнения, но сопровождаются снежными бурями, снегопадами и
метелями. Последний по времени катастрофический ураган в
северо-западной части Европы произошел 26—28 декабря 1999 г.
Скорость ветра достигала 45 м/с. Имелись многочисленные
человеческие жертвы, были повреждены жилые строения,
лесные массивы, виноградники и др. Проносясь над земной
поверхностью, циклоны, ураганы, тайфуны разрушают
строения, ломают и вырывают с корнем деревья, срывают крыши,
повреждают линии электропередач, что нередко приводит к
пожарам. Многие тысячи людей гибнут под обломками
зданий и сооружений, тонут при наводнениях, вызванных ура-
418
ганными ветрами, еще больше людей получают тяжелые
травмы от летящих с большой скоростью обломков разрушенных
строений.
Резко ухудшается экологическая обстановка на морских
побережьях. Ураганные волны перемещают массы песка и ила,
вследствие чего чистая морская вода становится мутной и
грязной. Смываются многие километры песчаных дюн,
изменяются очертания береговой линии, массово гибнут донные рыбы;
крабы, шримсы и песчаные черви уничтожаются почти
поголовно, на берег выбрасываются барракуды и акулы.
Засуха — длительный период сухой погоды, чаще при
повышенной температуре, с отсутствием или крайне
незначительным количеством осадков и как следствие недостатком
влаги в почве и воздухе. Возникновению засухи
способствуют: 1) недостаточное количество осадков осенью; 2)
бесснежная зима с малым количеством снега; 3) неблагоприятные
условия для впитывания влаги ранней весной; 4) малое количе-
Рис. 18.5. Путь «Голландского» урагана 1953 г.
419
ство осадков поздней весной и ранним летом. Начало засухи
связывают с установлением антициклонов — малооблачной
солнечной погоды без осадков.
Длительная жестокая засуха — это бедствие, которое
приводит к очень тяжелые экологическим последствиям —
деградации природных экосистем, резким колебаниям
численности многих видов животных, гибели растений,
катастрофическому неурожаю, а в определенных
социально-экономических условиях — и к голоду и как следствие — к массовой
гибели людей. Наиболее значительные засухи в России были
в 1891, 1911, 1921, 1946 гг. Последняя жестокая засуха в
европейской части России наблюдалась в 1972 г.
По данным В. И. Осипова (1995), среди стихийных
бедствий наиболее опасны для людей именно засухи: более
половины погибших и пострадавших на Земле за последние 30 лет
оказались их жертвами. Из общего числа жертв от природных
катастроф в 1965—1992 гг. 3610 тыс. человек, на долю засух
приходится 51 %, тайфунов и штормов — 22, землетрясений —
16, наводнений — 9, других природных катастроф — 2%.
Грандиозная экологическая катастрофа произошла в Са-
хеле (Африка) в конце 60 — начале 70-х гг. Здесь с 1968 по
1973 г. наблюдалась сильная засуха; в еще более резкой фор-,
ме она проявилась на африканском континенте в 1984—1985 гг.
Только в 70-е гг. в Африке погибло от засух около 1,2 млн
человек.
Населению нашей планеты и окружающей среде
постоянно угрожают и такие грозные стихийные бедствия, как
оползни, обвалы, селевые потоки. Все они относятся к категории
гравитационных и представляют собой,смещение земляных
масс вниз по склону под действием силы тяжести. Оползни и
другие гравитационные процессы, особенно если они
активизированы техногенными факторами, могут вызвать
катастрофические последствия и причинить большой ущерб человеку,
биоте и всей природной среде.
Гравитационный перенос материала — грозное природное
явление. Оползни, обвалы и сели ежегодно уносят тысячи
человеческих жизней. По данным К. Я. Кондратьева и др. (1995),
за период с 1981 по 1989 г. только от одного из почти сотни
420
катастрофических оползней погибли более тысячи человек
(Эквадор, 1987). За этот же период самое большое число
пострадавших отмечалось в Непале в 1987 г. — 35 тыс. человек.
Самый большой материальный ущерб был нанесен оползнями в
Швейцарии (1988 г.). В результате массовой активизации
оползней в Чечне и Ингушетии (зимой и весной 1989 и 1998 гг. без
крова осталось около 27 тыс. человек. Весьма мощные грязе-
каменные селевые потоки, спровоцированные извержением
вулкана Эль-Руиз в Колумбии в 1985 г., стали причиной
гибели 23 тыс. жителей г. Армеро. Здания и деревья были
срезаны селем, словно огромным бульдозером.
Гравитационные процессы серьезно нарушают
нормальное функционирование природных экосистем. Разрушаются
привычные экологические связи, гибнут деревья,
многолетние насаждения, сельскохозяйственные культуры. В
результате обвально-оползневых перекрытий русел горных рек,
возникают глубочайшие водоемы-водохранилища, угрожающие
подтоплением территории, «наведенными» землетрясениями,
а в случае прорыва естественной плотины
катастрофическими наводнениями.
Среди всех стихийных бедствий, бушующих на нашей
планете, наиболее значительными по своим экологическим
последствиям следует считать наводнения, тропические
штормы, эпидемии и землетрясения (рис. 18.6; по В. И. Осипову,
1995).
Существует тесная взаимосвязь между стихийными
бедствиями и техногенными катастрофами. В связи с
увеличением концентрации промышленных предприятий и ростом
численности городского населения такие стихийные бедствия, как
землетрясения, наводнения, ураганы и др., все чаще
сопровождаются массовыми пожарами, взрывами, выбросами газов
и другими техногенными авариями.
Взаимосвязь существует и между самими стихийными
бедствиями. По данным В. И. Осипова (1995), в последние годы
увеличилось число так называемых синергетических
(многоступенчатых) катастроф, когда одно стихийное бедствие
порождает другое, что еще более ухудшает состояние
окружающей среды. Так, например, во время землетрясения в 1976 г.
421
ЗТ — землетрясения НД — наводнение ТШ — тропические штормы
ЦН — цунами ЗС — засуха ГЛ — голод
ИВ — извержение ЗМ — заморозки
ОП — оползни СХ — суховеи
СЛ — снежная лавина ШТ — штормы
ЭД — эпидемия
ПЖ — пожары
НН — нашествие насекомых
Рис. 18.6. Число различных типов стихийных бедствий в мире за
30 лет (1962—1992), выделяемых по величине ущерба (А),
количеству пострадавших (Б) и погибших (В)
422
в Гватемале образовалось более тысячи оползней.
Извержение вулкана Эль-Руиз явилось причиной возникновения
мощного селя, и т. д.
Только на основе научного прогноза и своевременного
предупреждения возможно снизить экологический ущерб от
стихийных бедствий.
Контрольные вопросы
/. Какие территории относят к зонам чрезвычайной
экологической опасности?
2. Почему любые военные действия дестабилизируют
экологическую обстановку?
3. Что означает термин «экоцид» и когда впервые он
введен?
4. Чем обусловлен стремительный рост числа крупных
технических аварий и катастроф в последние
десятилетия?
5. Какая катастрофа технического характера является
самой крупной в истории человечества?
6. Что вы знаете о техногенных авариях в Челябинской
области (1957 г.), в Бхопале (Индия, 1984 г.), в Севезо
(Италия, 1976 г.)?
7. К каким экологическим последствиям приводят
стихийные бедствия? Приведите примеры.
8. Есть ли взаимосвязь между стихийными бедствиями и
техногенными катастрофами?
9. Увеличивается ли вероятность природных стихийных
бедствий по мере снижения устойчивости биосферы и
почему?
423
* * *
Подводя итог вышесказанному (раздел четвертый гл. 12—
18), следует признать, что «человечество получило такую
власть над природой, которая намного превосходит
воздействие других видов, и человек как биологический вид уже не
находится в равновесии с окружающей средой» (Ф. Дре, 1976).
Возможность человека манипулировать природой и
активно влиять на окружающий мир проявилась не сразу. В
историческом плане воздействие человека на биосферу
претерпело следующие основные этапы (по Н. Ф. Реймерсу):
1) воздействие людей на биосферу лишь как обычных
биологических видов;
2) сверхинтенсивная охота без резкого изменения
экосистем в период становления человечества;
3) изменение экосистем через пастьбу скота, ускорение
роста трав путем их выжигания и т. п.;
4) усиление влияния на природу с коренным
преобразованием части экосистем (распашка земель, широкая вырубка
лесов и т. п.);
5) глобальное изменение всех экологических
компонентов в целом в связи с неограниченной интенсификацией
хозяйства.
Последний этап начался сравнительно недавно — главным
образом в XX в. В настоящее время мы находимся на таком
этапе антропогенного влияния на биосферу, когда изменения,
вызванные человеком, широко затронули всю оболочку
планеты и приняли небывалые по масштабам размеры.
Группа американских ученых (Д. X. Медоуз, Д. Л. Медо-
уз, И. Рэндерс, В. Беренс), а также представители «Римского
клуба», используя методы системного анализа, с помощью
ЭВМ разработали математическую модель будущего
развития биосферы как мировой системы по пяти основным
параметрам: население, производство продуктов питания,
промышленное производство, загрязнение окружающей среды,
424
невозобновляемые природные ресурсы. Авторы модели
пришли к выводу о том, что если темпы роста народонаселения,
экономики, скорости истощения природных ресурсов будут
увеличиваться в таких же масштабах, то к 2020 — 2040 гг.
человечество окажется на пороге гибели в результате
разрушения природной среды. Иными словами, деградация
биосферы представляет ныне прямую угрозу нашей цивилизации,
поскольку пределы возможных нагрузок уже достигнуты.
Современной экологической наукой доказано, что биота
сама способна регулировать и стабилизировать окружающую
природную среду. Реагируя на внешние возмущения
сильными обратными связями (что аналогично действию принципа
Ла Шателье — Брауна в термодинамике), биота возвращает
окружающую природную среду к прежнему состоянию.
Однако такая реакция биоты возможна лишь до определенного
предела. В случае превышения хозяйственной или несущей
емкости биосферы, биота, как утверждают В. И. Данилов-Да-
нильян и К.С. Лосев (1996), сама становится «источником
загрязнения». Сохраняющаяся естественная часть продолжает
компенсировать возмущение, однако подобной компенсации
уже недостаточно для возвращения природной среды в
исходное состояние.
Стадия взаимодействия между обществом и природой, на
которой до предела обостряются противоречия между
экономикой и экологией, а возможности сохранения
потенциального гомеостаза, т. е. способности саморегуляции и экоси:
стем в условиях антропогенного воздействия, серьезно
подорваны, получила название экологического кризиса.
При решении важнейшей задачи современности —
выходу из экологического кризиса приоритетное значение имеют
следующие экологические проблемы (применительно к
основным компонентам биосферы), рассмотренные нами в главах
12—18:
— в атмосфере — высокий уровень загрязнения
атмосферного воздуха городов и промышленных центров;
неблагоприятное влияние загрязнителей (поллютантов) атмосферы на
человеческий организм, животных, состояние растений и
экосистем; возможное потепление климата («парниковый
425
эффект»); риск нарушения озонового слоя; выпадение
кислотных дождей и закисление природных сред за счет
антропогенного распространения диоксида серы и оксидов
азота; фотохимический смог;
— в гидросфере — все возрастающее загрязнение
пресноводных и морских экосистем; рост объемов сточных вод;
антропогенная эвтрофикация водоемов, вызванная
биогенами; загрязнение Мирового океана; снижение биологической
продуктивности водных экосистем; возникновение
мутагенеза и канцерогенеза в загрязненных водных средах;
истощение запасов пресных подземных вод; прогрессирующее
снижение минимально допустимого стока поверхностных
вод; обмеление (исчезновение) и загрязнение малых рек;
сокращение и высыхание внутренних водоемов;
негативные последствия зарегулирования стока рек для гидробион-
тов; негативные экологические последствия создания
крупных равнинных водохранилищ;
— в литосфере — опустынивание из-за неправильного
использования земель; расширение площади антропогенных
пустынь; ветровая и водная эрозия почв; загрязнение почв
пестицидами, нитратами и другими вредными веществами;
снижение плодородия почв до критического уровня;
заболачивание и вторичное засоление; отчуждения земель для
строительства и других целей; активизация оползней,
карста, селей, подтопления, мерзлотных и других
неблагоприятных геологических процессов, негативные изменения
природных экосистем при освоении недр (нарушения рельефа,
выбросы пыли и газа, сдвижение и осадка горных пород и
др.); безвозвратные потери огромного количества
минерального сырья; повышение стоимости и дефицитности
важнейших минеральных ресурсов; •
- в биотических сообществах — снижение биологического
разнообразия планеты; потеря регуляторных функций
живой природы на всех уровнях; деградация генофонда
биосферы; сокращение площади лесов, уничтожение влажно-
тропических лесов на огромных площадях; лесные пожары
и выжигание растительности; изменение альбедо земной
426
поверхности; сокращение и исчезновение многих видов
сосудистых растений, сокращение численности и вымирание
отдельных видов животных;
— в среде обитания (в целом) — рост объемов
производственных и бытовых отходов, в том числе наиболее опасных —
радиоактивных, диоксинсодержащих и др.; низкий уровень
безопасности их хранения; увеличение радиологической
нагрузки на биосферу в связи с развитием ядерной
энергетики; негативные физиологические последствия для живых
организмов, вызванные физическими (шум,
электромагнитные излучения и др.) и биологическими (бактерии, вирусы
и др.) воздействиями; преднамеренное воздействие
человека на природную среду в военных целях (экоцид);
стремительный рост числа крупных техногенных аварий и
катастроф на энергетических, химических, транспортных и
других объектах, в связи с увеличением концентрации
производства, высокой степенью износа машин и
оборудования и т. д.; дестабилизация экологической обстановки;
огромное число человеческих жертв, вызванных
стихийными природными бедствиями (землетрясениями,
наводнениями, засухами и т. д.), вероятность которых
увеличивается по мере снижения устойчивости биосферы и
возможных климатических изменений антропогенного характера.
В целом — все возрастающее антропогенное воздействие
на биосферу и как следствие — резкое ухудшение качества
среды обитания человека, состояния биоты и экосистем;
одностороннее изменение концентрации биогенов (углерода,
азота, фосфора) и нарушения их основных циклов; нарушение
экологической стабильности и нормального
функционирования основных систем жизнеобеспечения Земли; экологический
коллапс, т. е. состояние, угрожающее жизни Земли.
В России, в связи со спадом промышленного
производства в последние годы, отмечается некоторое сокращение
антропогенной нагрузки на окружающую природную среду.
Однако одновременно прослеживается и снижение капитальных
вложений в объекты природоохранного назначения. Отметим -
также, что, по оценке ведущих ученых, «тот поток загрязне-
427
ний, который сегодня принимает наша природа, превосходит
ассимиляционный потенциал экосистем в наиболее развитых
и заселенных районах нашей страны, так что экологическая
ситуация в них не улучшается... наше экологическое
положение существенно хуже, чем восемь или десять лет назад»
(Данилов-Дани льян, 1999).
На Всероссийской конференции по экологической
безопасности 4—5 июня 2002 г. в г. Москве было отмечено, что
состояние экологической безопасности России вызывает тревогу.
Экологическая ситуация в России становится препятствием на пути
устойчивого социально-экономического развития страны. По
мнению ведущих специалистов-экологов (В. В. Куценко и др.),
цена современного экологического неблагополучия России —
ежегодная смерть сотен тысяч россиян, заболевания раком и
астмой, врожденные уродства, замедление умственного
развития и другие экологозависимые заболевания.
РАЗДЕЛ ПЯТЫЙ <^$х$х$^х$к$х$^х^ффф^ф^>ф
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ
ЗАЩИТА И ОХРАНА
ОКРУЖАЮЩЕЙ
СРЕДЫ
ГЛАВА 19
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ОХРАНЫ
ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
И РАЦИОНАЛЬНОГО
ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЯ
В истории формирования природоохранной концепции
можно выделить несколько последовательных этапов: видовая и
заповедная охрана природы — поресурсная охрана — охрана
природы — рациональное использование природных ресурсов —
охрана среды обитания человека — охрана окружающей среды.
Соответственно расширялось и углублялось само понятие
природоохранной деятельности.
Охрана природы — совокупность государственных и обще-
429
ственных мероприятий, направленных на сохранение
атмосферы, растительности и животного мира, почв, вод и земных недр.
Интенсивная эксплуатация природных богатств привела к
необходимости нового вида природоохранной деятельности —
рационального использования природных ресурсов, при котором
требования охраны включаются в сам процесс хозяйственной
деятельности по использованию природных ресурсов.
На рубеже 50-х гг. XX в. возникает еще одна форма охраны —
охрана среды обитания человека. Это понятие, близкое по
смыслу к охране природы, в центр внимания ставит человека,
сохранение и формирование таких природных условий, которые
наиболее благоприятны для его жизни, здоровья и благосостояния.
Охрана окружающей среды — новая форма во
взаимодействии человека и природы, рожденная в современных условиях,
она представляет собой систему государственных и
общественных мер (технологических, экономических, административно-
правовых, просветительных, международных), направленных на
гармоничное взаимодействие общества и природы, сохранение
и воспроизводство действующих экологических сообществ и
природных ресурсов во имя живущих и будущих поколений.
В последние годы все чаще используется термин «защита
окружающей среды». Очень близок по содержанию и объему к
этому понятию принятый рядом авторов термин «охрана
биосферы». Охрана биосферы — это система мероприятий,
проводимых на национальном и международном уровнях и
направленных на устранение нежелательного антропогенного или
стихийного влияния на функционально взаимосвязанные блоки
биосферы (атмосферу, гидросферу, почзенный покров,
литосферу, сферу органической жизни), на поддержание
выработавшейся эволюционно ее организованности и обеспечения
нормального функционирования.
Охрана окружающей среды тесно связана с
природопользованием — одним из разделов прикладной экологии.
Природопользование — общественно-производственная
деятельность, направленная на удовлетворение материальных и
культурных потребностей общества путем использования
различных видов природных ресурсов и природных условий.
430
По Н. Ф. Реймерсу (1992), природопользование включает в
себя: а) охрану, возобновление и воспроизводство природных
ресурсов, их извлечение и переработку; б) использование и
охрану природных условий среды жизни человека; в)
сохранение, восстановление и рациональное изменение
экологического равновесия природных систем; г) регуляцию
воспроизводства человека и численности людей.
Природопользование может быть нерациональным и
рациональным. Нерациональное природопользование не
обеспечивает сохранение природно-ресурсного потенциала, ведет к
оскудению и ухудшению качества природной среды, сопровождается
загрязнением и истощением природных систем, нарушением
экологического равновесия и разрушением экосистем.
Рациональное природопользование означает комплексное
научно-обоснованное использование природных богатств, при котором
достигается максимально возможное сохранение
природно-ресурсного потенциала, при минимальном нарушении способности
экосистем к саморегуляции и самовосстановлению.
По Ю. Одуму (1975), рациональное природопользование
преследует двоякую цель:
— обеспечить такое состояние окружающей среды, при
котором она смогла бы удовлетворить наряду с материальными
потребностями запросы эстетики и отдыха;
— обеспечить возможность непрерывного получения урожая
полезных растений, производства различных материалов
путем установления сбалансированного цикла использования
и возобновления.
На современном этапе развития проблемы охраны
окружающей среды рождается новое понятие — экологическая
безопасность, под которым понимается состояние защищенности
природной среды и жизненно важных экологических
интересов человека, прежде всего его прав на благоприятную
окружающую среду.
Научной основой всех мероприятий по обеспечению
экологической безопасности населения и рациональному
природопользованию служит теоретическая экология, важнейшие прин-
431
ципы которой ориентированы на поддержание гомеостаза
экосистем и на сохранение экзистенционного потенциала.
Экосистемы имеют следующие предельные границы такой
экзистенции (существования, функционирования), которые
необходимо учитывать при антропогенном воздействии (Сайко,
1985):
— предел антропотолерантности — устойчивости к
негативному антропогенному воздействию, например, влиянию
пестицидов, вредному для млекопитающих и орнитофауны и т. п.;
— предел стохетолерантности — устойчивости против
стихийных бедствий, например действия на лесные экосистемы
ураганных ветров, снежных лавин, оползней и др.;
— предел гомеостаза — способности к саморегуляции;
—- предел потенциальной регенеративности, т. е. способности
к самовосстановлению.
Экологически обоснованное рациональное
природопользование должно заключаться в максимально возможном
повышении этих пределов и достижении высокой продуктивности всех
звеньев трофических цепей природных экосистем. Другими
словами, экологически сбалансированное природопользование
возможно лишь при использовании «экосистемного подхода,
учитывающего все виды взаимосвязей и взаимовлияний между
средами, экоценозами и человеком» (Борозин, Цитцер, 1996).
Нерациональное природопользование в конечном счете ведет
к экологическому кризису, а экологически сбалансированное
природопользование создает предпосылки для выхода из него.
Выход из глобального экологического кризиса —
важнейшая научная и практическая проблема современности. Над ее
решением работают тысячи ученых, политиков, специалистов-
практиков во всех странах мира. Задача заключается в
разработке комплекса надежных антикризисных мер, позволяющих
активно противодействовать дальнейшей деградации
природной среды и выйти на устойчивое развитие общества. Попытки
решения этой проблемы только одними какими-либо
средствами, например технологическими (очистные сооружения,
безотходные технологии и т. д.), принципиально неверны и не
432
приведут к необходимым результатам. Преодоление
экологического кризиса возможно лишь при условии гармоничного
развития природы и человека, снятии антагонизма между ними.
Это достижимо лишь на основе реализации «триединства
естественной природы, общества и природы очеловеченной»
(Жданов, 1995), на путях устойчивого развития общества
(конференция ООН, Рио-де-Жанейро, 1992 г.), комплексного подхода
к решению природоохранных проблем.
Наиболее общим принципом, или правилом охраны
окружающей среды, необходимо считать следующий (Реймерс,
1994): глобальный исходный природно-ресурсный потенциал в
ходе исторического развития непрерывно истощается, что
требует от человечества научно-технического совершенствования,
направленного на более широкое и полное использовайие
этого потенциала.
Из этого закона следует другой основополагающий
принцип охраны природы и среды жизни: «экологичное —
экономично», т. е. чем рачительнее подход к природным ресурсам и
среде обитания, тем меньше требуется энергетических и
других затрат. Воспроизводство природно-ресурсного потенциала
и усилия на его воплощение должны быть сопоставимы с
экономическими результатами эксплуатации природы.
Еще одно важнейшее экологическое правило — все
компоненты природной среды — атмосферный воздух, воды, почву
и др. — охранять надо не по отдельности, а в целом, как
единые природные экосистемы биосферы. Только при таком
экологическом подходе возможно обеспечить сохранение
ландшафтов, недр, генофонда животных и растений.
Основными принципами охраны окружающей среды
являются следующие:
— соблюдение прав человека на благоприятную окружающую
среду;
— приоритет охраны жизни и здоровья человека, сохранения
естественных экологических систем, природных
ландшафтов и природных комплексов;
-— научно обоснованное сочетание экологических,
экономических и социальных интересов человека, общества и государ-
433
ства в целях обеспечения устойчивого развития и
благоприятной окружающей среды;
— охрана, воспроизводство и рациональное использование
природных ресурсов;
— презумпция экологической опасности планируемой
хозяйственной деятельности;
— платность природопользования и возмещение вреда
окружающей среде;
— участие граждан в принятии решений, касающихся их прав
на благоприятную окружающую среду;
— международное сотрудничество Российской Федерации в
области охраны окружающей среды.
Эти и некоторые другие важнейшие природоохранные
принципы отражены в Законе РФ «Об охране окружающей среды»
(2002).
Важнейший природоохранный принцип — научно
обоснованное сочетание экологических и экономических интересов —
отвечает духу Международной конференции ООН в
Рио-де-Жанейро (1992), где был взят курс на модель устойчивого
развития общества, на разумное сочетание экологической и
экономической составляющих, на сохранение окружающей среды
наряду, вместе с экономическим ростом.
Экологический кризис не является неизбежным и
закономерным порождением научно-технического прогресса, он
обусловлен как у нас в стране, так и в других странах мира
комплексом причин объективного и субъективного характера, среди
которых не последнее место занимает потребительское, а нередко
и хищническое отношение к природе, пренебрежение
фундаментальными экологическими законами. Анализ как экологической,
так и социально-экономической обстановки в России позволяет
выделить пять основных направлений, по которым Россия
должна выходить из экологического кризиса (рис. 19.1). При этом
необходим комплексный подход в решении этой проблемы, т. е.
одновременно должны использоваться все пять направлений.
В качестве первого направления должно быть названо
совершенствование технологии — создание экологически
чистой технологии, внедрение безотходных, малоотходных про-
434
Рис. 19.1. Пути выхода России из экологического кризиса
(по В. В. Петрову, 1995 г.)
изводств, обновление основных фондов и др. К сожалению,
существующее на сегодня финансирование этих мероприятий
крайне недостаточно.
Второе направление —развитие и совершенствование
экономического механизма охраны окружающей среды.
Третье направление — административно-правовое:
применение мер административного пресечения и мер
юридической ответственности за экологические правонарушения.
Четвертое направление — эколого-просветительское:
гармонизация экологического мышления.
Пятое направление —международно-правое: гармонизация
экологических международных отношений.
Определенные шаги по выходу из экологического кризиса
по всем указанным выше пяти направлениям в России
предпринимаются; однако впереди всем нам предстоит пройти
самые трудные и ответственные участки пути. Они-то и решат —
выйдет ли Россия из экологического кризиса или погибнет,
погрузившись в пучину экологического невежества и нежелания
435
руководствоваться фундаментальными законами развития
биосферы и вытекающими из них ограничениями.
Контрольные вопросы
7. Какой смысл вкладывается в понятие «охрана
окружающей среды»?
2. Чем отличается рациональное природопользование от
нерационального ?
3. Что понимают под «экологической безопасностью»?
4. Каковы наиболее общие принципы и правила охраны
окружающей среды?
5. Назовите основные направления, по которым Россия
должна выходить из экологического кризиса.
ГЛАВА 20
ИНЖЕНЕРНАЯ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ
ЗАЩИТА
§ 1. Принципиальные направления
инженерной защиты окружающей
среды
Основные направления инженерной защиты окружающей
среды от загрязнения и других видов антропогенных
воздействий — внедрение ресурсосберегающей, безотходной и
малоотходной технологии, биотехнология, утилизация и детоксика-
ция отходов и главное —экологизациявсего производства, при
котором обеспечивалось бы включение всех видов
взаимодействия с окружающей средой в естественные циклы круговорота
веществ.
Эти принципиальные направления основаны на
цикличности материальных ресурсов и заимствованы у природы, где,
как известно, действуют замкнутые циклические процессы.
Технологические процессы, в которых в полной мере учитываются
все взаимодействия с окружающей средой и приняты меры к
предотвращению отрицательных последствий, называют
экологизированными.
Подобно любой экологической системе, где вещество и
энергия расходуются экономно и отходы одних организмов служат
важным условием существования других, производственный
экологизированный процесс, управляемый человеком, должен
437
следовать биосферным законам, и в первую очередь закону
круговорота веществ.
Другой путь, например создание всевозможных, даже
самых совершенных очистных сооружений, не решает
проблему, так как это борьба со следствием, а не с причиной.
Основная причина загрязнения биосферы — это ресурсоемкие и
загрязняющие технологии переработки и использования сырья.
Именно эти, так называемые традиционные технологии
приводят к огромному накоплению отходов и к необходимости
очистки сточных вод и утилизации твердых отходов.
Достаточно отметить, что ежегодное их накопление на территории
бывшего СССР в 80-х гг. составляло 12—15 млрд т твердых
отходов, около 160 млрд т жидких и свыше 100 млн т
газообразных .
Малоотходная и безотходная технологии и их роль
в защите среды обитания
Принципиально новый подход к развитию всего
промышленного и сельскохозяйственного производства — создание
малоотходной и безотходной технологии.
Понятие безотходной технологии, в соответствии с
Декларацией Европейской экономической комиссии ООН (1979)
означает практическое применение знаний, методов и средств с
тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить
наиболее рациональное использование природных ресурсов и
защитить окружающую среду.
В 1984 г. эта же комиссия ООН приняла более конкретное
определение данного понятия: «Безотходная технология — это
такой способ производства продукции (процесс, предприятие,
территориально-производственный комплекс), при котором
наиболее рационально и комплексно используются сырье и
энергия в цикле сырьевые ресурсы — производство — потребитель —
вторичные ресурсы — таким образом, что любые воздействия
на окружающую среду не нарушают ее нормального
функционирования».
Под безотходной технологией понимают также такой спо-
438
соб производства, который обеспечивает максимально полное
использование перерабатываемого сырья и образующихся при
этом отходов. Более точным, чем «безотходная технология»,
следует считать термин «малоотходная технология», так как в
принципе «безотходная технология» невозможна, ибо любая
технологическая деятельность человека не может не производить
отходы, хотя бы в виде энергии. Достижение полной безотход-
ности нереально (Реймерс, 1990), поскольку противоречит
второму началу термодинамики, поэтому термин «безотходная
технология» условен (метафоричен). Технологию, позволяющую
получить минимум твердых, жидких и газообразных отходов,
называют малоотходной и на современном этапе развития
научно-технического прогресса она является наиболее реальной.
Огромное значение для снижения уровня загрязнения
окружающей среды, экономии сырья и энергии имеет повторное
использование материальных ресурсов, т. е.рециркуляция. Так,
производство алюминия из металлолома требует всего 5%
энергозатрат от выплавки из бокситов, причем переплав 1 т
вторичного сырья экономит 4 т бокситов и 700 кг кокса, снижая
одновременно на 35 кг выбросы фтористых соединений в
атмосферу (Вронский, 1996).
В комплекс мероприятий по сокращению до минимума
количества вредных отходов и уменьшения их воздействия на
окружающую природную среду, по рекомендации различных
авторов, входят:
— разработка различных типов бессточных технологических
систем и водооборотных циклов на основе очистки
сточных вод;
— разработка систем переработки отходов производства во
вторичные материальные ресурсы;
— создание и выпуск новых видов продукции с учетом
требований повторного ее использования;
— создание принципиально новых производственных
процессов, позволяющих исключить или сократить
технологические стадии, на которых происходит образование
отходов.
439
Начальным этапом этих комплексных мероприятий,
нацеленных на создание в перспективе безотходных технологий,
является внедрение оборотных, вплоть до полностью
замкнутых, систем водопользования.
Оборотное водоснабжение — это техническая система, при
которой предусмотрено многократное использование в
производстве отработанных вод (после их очистки и обработки) при
очень ограниченном их сбросе (до 3%) в водоемы (рис. 20.1;
Иванов, 1991).
Рис. 20.1. Схема оборотного промышленного и городского
водоснабжения:
1 — цех; 2 — внутрицеховое оборотное водоснабжение; 3 —
локальное (цеховое) очистное сооружение, включая утилизацию
вторичных отходов; 4 — общезаводские очистные сооружения; 5 — город;
6 — городские канализационные очистные сооружения; 7 —
третичные очистные сооружения; 8 — закачка очищенных сточных вод в
подземные источники; 9 — подача очищенных вод в городскую
систему водоснабжения; 10 — рассеивающий выпуск сточных вод в
водоем (море)
440
Замкнутый цикл водопользования — это система
промышленного водоснабжения и водоотведения, в которой
многократное использование воды в одном и том же производственном
процессе, осуществляется без сброса сточных и других вод в
природные водоемы.
Одним из важнейших направлений в области создания
безотходных и малоотходных производств является переход на
новую экологическую технологию с заменой водоемких
процессов безводными или маловодными.
Прогрессивность новых технологических схем
водоснабжения определяется тем, насколько в них уменьшилось, по
сравнению с ранее действующими, водопотребление и количество
сточных вод и их загрязненность. Наличие большого
количества сточных вод на промышленном объекте считается
объективным показателем несовершенства используемых
технологических схем.
Разработка безотходных и безводных технологических
процессов — наиболее рациональный способ защиты
окружающей среды от загрязнения, позволяющий значительно
уменьшить антропогенную нагрузку. Однако исследования в этом
направлении еще только начинаются, поэтому в различных
областях промышленности и сельского хозяйства уровень
экологизации производства далеко не одинаков.
В настоящее время в нашей стране достигнуты
определенные успехи в разработке и внедрении элементов
экологически безопасной технологии в ряде отраслей черной и
цветной металлургии, теплоэнергетики, машиностроения,
химической промышленности. Однако полный перевод
промышленного и сельскохозяйственного производства на
безотходную и безводную технологиии и создание полностью
экологизированных производств сопряжены с весьма сложными
проблемами различного характера — организационными,
научно-техническими, финансовыми и другими, и поэтому
современное производство еще долгое время будет потреблять
для своих нужд огромное количество воды, иметь отходы и
вредные выбросы.
441
Биотехнология в охране окружающей
среды
В последние годы в экологической науке все больший
интерес проявляется к биотехнологическим процессам,
основанным на создании необходимых для человека продуктов,
явлений и эффектов с помощью микроорганизмов.
Применительно к охране окружающей человека природной
среды биотехнологию можно рассматривать как разработку и
создание биологических объектов, микробных культур,
сообществ, их метаболитов и препаратов путем включения их в
естественные круговрроты веществ, элементов, энергии и
информации (В. П. Журавлев и др., 1995).
Биотехнология нашла широкое применение в охране
природной среды, в частности при решении следующих
прикладных вопросов:
— утилизации твердой фазы сточных вод и твердых
бытовых отходов с помощью анаэробного сбраживания;
— биологической очистки природных и сточных вод от
органических и неорганических соединений;
— микробного восстановления загрязненных почв,
получения микроорганизмов, способных нейтрализовать
тяжелые металлы в осадках сточных вод;
— компостирования (биологического окисления) отходов
растительности (опада листьев, соломы и др.);
— создания биологически активного сорбирующего
материала для очистки загрязненного воздуха.
Контрольные вопросы
/. Перечислите основные направления инженерной
защиты окружающей среды.
2. Почему создание даже самых совершенных очистных
сооружений не решает проблему загрязнения
окружающей среды?
442
3. Оцените роль малоотходных и безотходных
технологий в защите среды обитания от загрязнения.
4. При решении каких прикладных экологических
вопросов находит применение биотехнология?
§ 2. Нормирование качества окружающей
среды
Под качеством окружающей среды понимают степень
соответствия ее характеристик потребностям людей и
технологическим требованиям. В основу всех природоохранных
мероприятий положен принцип нормирования качества окружающей
среды. Этот термин означает установление нормативов
(показателей) предельно допустимых воздействий человека на
окружающую среду.
Согласно природоохранному закону Российской Федерации
(1991) соблюдение экологических нормативов, т. е.
нормативов, которые определяют качество природной среды,
обеспечивает:
— экологическую безопасность населения;
— сохранение генетического фонда человека, растений и
животных;
— рациональное использование и воспроизводство
природных ресурсов в условиях устойчивого развития.
Чем меньше пороговая величина экологических
нормативов, тем выше качество окружающей среды. Однако более
высокое качество требует соответственно больших затрат,
эффективных технологий и высокочувствительных средств
контроля. Поэтому нормативы качества окружающей среды по мере
подъема уровня развития общества имеют тенденцию к
ужесточению.
Основные экологические нормативы качества и воздействия
на окружающую среду:
443
санитарно-гигиенические:
— предельно допустимая концентрация вредных веществ
(ПДК);
— допустимый уровень физических воздействий (шума,
вибрации, ионизирующих излучений и др.)
производственно-хозяйственные:
— допустимый выброс вредных веществ;
— допустимый сброс вредных веществ ;
— допустимое изъятие компонентов природной среды;
— норматив образования отходов производства и
потребления;
комплексные показатели:
— допустимая антропогенная нагрузка на окружающую
природную среду;
— экологическая емкость территории.
Предельно допустимая концентрация (ПДК) —
представляет собой количество загрязнителя в почве, воздушной или
водной среде, которое при постоянном или временном
воздействии на человека не влияет на его здоровье и не вызывает
неблагоприятных последствий у его потомства. В последнее
время при определении ПДК учитывается не только степень
влияния загрязнения на здоровье человека, но и воздействие
этих загрязнений на диких животных, растения, грибы,
микроорганизмы, а также на природные сообщества в целом.
В настоящее время в нашей стране действуют более 1900
ПДК вредных химических веществ для водоемов, более 500
для атмосферного воздуха и более 130 для почв. ПДК
устанавливают на основании комплексных исследований и
постоянно контролируют органами гидрометеорологической
службы Госкомсанэпиднадзора. ПДК не остаются постоянными,
их периодически пересматривают и уточняют. После
утверждения норматив становится юридически обязательным.
Для нормирования содержания вредного вещества в
атмосферном воздухе установлены два норматива — разовый и
среднесуточный ПДК. Максимально разовая предельно
допустимая концентрация (ПДК м. р.) — это такая концентрация вред-
444
ного вещества в воздухе, которая не должна вызывать при
вдыхании его в течение 30 минут рефлекторных реакций в
организме человека (ощущение запаха, изменение световой
чувствительности глаз и др). Среднесуточная предельно
допустимая концентрация (ПДК с. с.) — это такая концентрация
вредного вещества в воздухе, которая не должна оказывать на
человека прямого или косвенного вредного воздействия при
неопределенно долгом (годы) воздействии.
Значения ПДК наиболее часто встречающихся
загрязнителей атмосферного воздуха указаны в табл. 20.1.
Таблица 20.1
Предельно допустимые концентрации вредных веществ в
атмосферном воздухе населенных пунктов, мг / м3
Вещество
Азота оксид
Азота диоксид
Аммиак
Ацетон
Бензол
Бенз(а)пирен
Пыль нетоксичная
Ртуть металлическая
Сероводород
Сероуглерод
Углерода оксид
Фенол
Формальдегид
Хлор
Максимально
разовая
0,6
0,085
0,2
0,35
1,5
—
0,5
—
0,00&
0,03
5,0
0,01
0,035
0,1
Среднесуточная 1
0,06
0,085
0,04
0,35
0,8
0,000 001
0,15
0,0003
0,008
0,005
3,0
0,003
0,003
0,03
При содержании в воздухе нескольких загрязняющих
веществ, обладающих суммацией действия (синергизмом),
например, диоксидов серы и азота; озона, и формальдегида, сумма их
концентраций не должна превышать при расчете единицы:
С/ПДК, + С2/ПДК2 +....+ Сп/ПДКп < 1,
445
где Сг C2...Cn — фактические концентрации вредных веществ
в воздухе или воде; ПДКр ПДК2...ПДКп — максимально
разовые предельно допустимые концентрации вредных
веществ, которые установлены для их изолированного
присутствия, мг/м3.
Под предельно допустимой концентрацией вредного
вещества в почве (ПДК, мг/кг) понимают такую максимальную
концентрацию, которая не может вызвать прямого или косвенного
влияния на среду, нарушить самоочищающую способность
почвы и оказать отрицательное воздействие на здоровье человека
(Защита окружающей..., 1993).
Для водной среды ПДК загрязняющих веществ означает
такую концентрацию этих веществ в воде, выше которой она
становится непригодной для одного или нескольких видов
водопользования. ПДК загрязняющих веществ устанавливаются
отдельно для питьевых вод (табл. 20.2) и рыбохозяйственных
водоемов.
Таблица 20.2
Предельно допустимые концентрации вредных веществ в
питьевых водах, мг / л
Вещество | ПДК | Вещество | ПДК 1
По санитарно-токсикологическому показателю |
Анилин
Бензол
Свинец (РЬ+)
Стронций
Тетраэтилсвинец
Хлорбензол
0,1
0,5
0,1
2,0
Отсутствие
0,02
По общесанита
Аммиак (по азоту)
Бутилацетат
Дибутилфталат
1 Капролактам
2,0
0,1
0,2
1,0
Метанол
Нитраты (по азоту)
Ртуть
Динитротолуол
Формальдегид
Полиакриламид
3,0 1
10,0
0,005
0,5
0,05
2,0
рному показателю |
Метилпирролидон
Стрептоцид
Тринитротолуол
0,5
0,5
0,5
1 По органолептическому показателю |
1 Бензин
1 Бутилбензон
[Бутиловый спирт
[Гексахлоран
0,1
0,1
1,0
0,02
Диметилфенол
Динитробензол
Динитрохлорбензол
Дихлорметан
0,25
0,5
0,5
7>5 J
446
Требования к качеству вод в водоемах, используемых для
рыбохозяйственных целей, специфичны и в большинстве
случаев более жестки, чем таковые для водных объектов
хозяйственно-бытового назначения. Так, рыбохозяйственные ПДК
для ряда моющих веществ в три раза ниже санитарных норм,
нефтепродуктов — в шесть раз, а тяжелых металлов
(цинка) — даже в сто раз (Митрюшкин и др., 1987). Объяснить
это ужесточение требований к качеству воды в
рыбохозяйственных водоемах нетрудно, если вспомнить, что при
переходе вредных веществ по пищевой (трофической) цепи
происходит их биологическое накопление до опасных для
жизни количеств.
Допустимый уровень радиационного воздействия на
окружающую среду — это уровень, который не представляет
опасности для здоровья человека, состояния животных, растений, их
генетического фонда. ПДУ определяется на основании норм
радиационной безопасности (НРБ-76/87), основных санитарных правил
(ОСП-72/87) и санитарных норм проектирования (СН-254-71).
Установлены также предельно допустимые уровни (ПДУ)
воздействия шума, вибрации, магнитных полей и иных
вредных физических воздействий.
Допустимый выброс или сброс — это максимальное
количество загрязняющих веществ, которое в единицу времени
разрешается выбрасывать данному конкретному предприяти-
ю в атмосферу или сбрасывать в водоем, не вызывая при этом
превышения в них предельно допустимых концентраций
загрязняющих веществ и неблагоприятных экологических
последствий.
Нормативами установлено, что если в воздухе городов или
других населенных пунктов, где расположены предприятия,
концентрации вредных веществ превышают ПДК, а значения
допустимых выбросов по объективным причинам не могут быть
достигнуты, вводится поэтапное снижение выброса вредных
веществ до значений, обеспечивающих ПДК. При этом могут быть
установлены временно согласованные выбросы (ВСВ) на уров-
нсвыбросов предприятий с наиболее совершенной или
аналогичной ей технологией.
447
В настоящее время в России на нормативах допустимых
выбросов работают лишь 15—20% загрязняющих производств,
на ВСВ (временно согласованных выбросах вредных веществ) —.
40—50%, а остальные загрязняют среду на основе лимитных
выбросов и сбросов, которые определяют по фактическому
выбросу на определенном отрезке времени.
Основным комплексным нормативом качества окружающей
среды является допустимая норма антропогенной нагрузки.
Нормативы допустимой антропогенной нагрузки (НДАН)
на окружающую среду — это максимально возможные
антропогенные воздействия на природные ресурсы или комплексы,
не приводящие к нарушению устойчивости экологических
систем.
Различают региональные и отраслевые НДАН. Например,
разработаны НДАНна экосистемы озера Байкал. Отраслевые
НДАН применяются к отдельным природным ресурсам. Так,
ограничивается, например, численность домашнего скота на
единицу пастбищных угодий.
Для оценки общей устойчивости экосистем к
антропогенным воздействиям используют следующие показатели: 1)
запасы живого и мертвого органического вещества; 2)
эффективность образования органического вещества или продукции
растительного покрова и 3) видовое и структурное разнообразие
(Государственный доклад..., 1994).
Ученые-экологи установили, что стабильность среды
обитания не только растительного, но и животного мира, а в
конечном счете и человека определяется в первую очередь,
массой живого органического вещества и его основной части — фи-
томассы (древесина, травянистая растительность и др.). Чем
значительнее эта масса, тем стабильнее среда.
Главенствующее значение при этом имеют фотосинтезирующие
организмы, так как они являются основным источником биомассы, а
также определяют пищевые условия для всех остальных звеньев
экосистемы и в значительной мере состав атмосферного
воздуха.
Способность экосистем в минимальные сроки
восстановиться в случае антропогенного нарушения определяется дру-
448
гим показателем — эффективностью образования продукции
растительного покрова в результате вторичной сукцессии.
Чем выше структурное и видовое разнообразие экосистем,
тем большее число комбинаций структурных элементов
может создать она в ответ на внешнее антропогенное
воздействие. Структурное разнообразие экосистемы можно оценить,
сравнивая запасы фитомассы (древесина, травянистая
растительности, и др.) и зоомассы (хищники, копытные,
грызуны и т. д.).
Потенциальная способность природной среды перенести ту
или иную антропогенную нагрузку без нарушения основных
функций экосистем определяется термином «емкость
природной среды», или экологическая емкость территории.
Понятие о предельно допустимой антропогенной нагрузке
на природную среду, по мнению П. Г. Олдака (1983), должно
лежать в основе всего природопользования. В связи с этим он
различает экстенсивное и равновесное природопользование.
Экстенсивное (расширяющееся) природопользование — когда
рост производства осуществляется за счет возрастающей
нагрузки на природные комплексы, причем эта нагрузка растет
быстрее, чем увеличивается масштаб производства.
Экстенсивное природопользование может привести к полному
разрушению природного комплекса и подобно тому, как безграничный
рост биологической емкости популяции приводит к ее краху
(см. гл. 3), крах потерпит и техносфера. Равновесное
природопользование — когда общество контролирует все стороны
своего развития, добиваясь того, чтобы совокупная антропогенная
нагрузка на среду не превышала самовосстановительного
потенциала природных систем.
Отсюда вытекает важный вывод о том, что регулирование
качества природной среды должно начинаться с определения
нагрузок, допустимых с экологической точки зрения, а регио^
нальное природопользование должно соответствовать
экологической «выносливости» территории.
Пренебрежение основным экологическим комплексным
нормативом в инженерно-хозяйственной практике чревато
серьезными экологическими просчетами. В 1990 г. тогдашний ру-
449
ководитель Госкомприроды Н. Н. Воронцов сетовал на то, что
«такие понятия, как экологическая емкость территории,
вообще не использовались до недавних пор. Есть, скажем, в
Донбассе залежи угля? Есть неподалеку руды Кривого Рога?
Будем наращивать там металлургию на донецких углях, не
разбирая,* выдержат земля и люди иди нет». И далее он отмечал:
«Конечно же, нужно улучшать фильтры пыле- и
газоуловителей, очищать сточные воды. Но не было у нас до сих пор
главного — идеологии ресурсосбережения, определения
экологической емкости, биосферного подхода».
При формировании территориально-производственных
комплексов, развитии промышленности, строительства,
реконструкции городов и т. д. применение допустимых норм
антропогенной нагрузки предусматривается в обязательном порядке.
Региональные допустимые нормы антропогенной нагрузки
устанавливают предельную хозяйственную нагрузку на
территориальные природные комплексы. Отраслевые — на отдельные
виды природных ресурсов, например, предельное число
домашнего скота на единицу пастбищных угодий, предельное число
посетителей в национальном парке, и т. д.
Контрольные вопросы
/. Что понимают под качеством окружающей среды?
2. Какова роль и значение экологического нормирования?
3. Что представляют собою ПДК и другие экологические
нормативы?
4. Объясните понятие «емкость природной среды, или
экологическая емкость территории».
5. С помощью какого экологического норматива
устанавливают пределы хозяйственной нагрузки на природные
комплексы и ресурсы?
450
§ 3- Защита атмосферы
Для защиты воздушного бассейна от негативного
антропогенного воздействия в виде загрязнения его вредными
веществами используют следующие меры:
— экологизацию технологических процессов;
— очистку газовых выбросов от вредных примесей;
— рассеивание газовых выбросов в атмосфере;
— устройство санитарно-защитных зон,
архитектурно-планировочные решения и др.
Наиболее радикальная мера охраны воздушного бассейна
от загрязнения — экологизация технологических процессов и
в первую очередь создание замкнутых технологических
циклов, безотходных и малоотходных технологий, исключающих
попадание в атмосферу вредных загрязняющих веществ.
Экологизация технологических процессов
предусматривает, в частности, создание непрерывных технологических
процессов производства, замену местных котельных установок на
централизованное тепло, предварительное очищение топлива
и сырья от вредных примесей, замену угля и мазута на
природный газ, применение гидрообеспыливания, перевод на
электропривод компрессоров, сваебойных агрегатов, насосов и др.
Все шире применяют частичную рециркуляцию, т. е.
повторное использование отходящих газов.
Учитывая исключительную актуальность охраны
атмосферного воздуха от загрязнения отработанными газами (ОГ)
автомобилей, первоочередной проблемой является создание
экологически «чистых» видов транспорта. В настоящее время
ведется активный поиск более «чистого» топлива, чем бензин. В
качестве его заменителя рассматриваются экологически чистое
газовое топливо, метиловый спирт (метанол), малотоксичный
аммиак и идеальное топливо — водород. Продолжаются
интенсивные разработки по замене карбюраторного двигателя на
более экологичные типы — дизельный, паровой,
газотурбинный и др.
В опытно-конструкторских бюро созданы пробные модели
451
автомобилей, работающих на энергии электрических
аккумуляторов в черте г°Р°Да> а за его пределами переходящих на
работу на обычн^1Х карбюраторных двигателях. Продолжаются
5 о созда^ию идеального с точки зрения экологических
требований вида транспорта - автомобиля на солнечных
элементах.
К жалениН0' нынешний уровень развития экологизации
технологически* процессов, внедрения замкнутых
технологических циклов и т> д* недостаточен для полного
предотвращения выбросов ток£ИЧНЫХ веществ в атмосферу. Поэтому на
предприятиях повсе1^еСТНО используются различные методы
очистки отходящиега30в0Т аэрозолей (пыли, золы, сажи) и
токсичных газо- и парообразных примесей (NO, N02, S02, S03 и
v ко с тояКИ 3Рения будущего, аппараты пылегазоочи-
стки по вышеукаЗанным причинам не имеют перспектив.
Я истки сбросов от аэрозолей в настоящее время при-
~гтт,гтги*1е типы устройств в зависимости от степени
меняют различна j у
запыленности во?ДУха> размеров твердых частиц и требуемого
уровня очистки.
Cv пылеулРеители (Циклоны, пылеосадительные каме-
v ^наче^ь1 для грубой механической очистки
выбросов оТкрупной и тяжелой пыли. Принцип работы - оседание
гт^й^х^йем центробежных сил и сил тяжести. Пы-
частиц под деиста у
легазовый поток родится в циклон через патрубок (рис. 20.2),
далее он соверши1 вращательно-поступательное движение
„„. ао^тицы пыли отбрасываются к стенкам цикло-
вдоль корпуса, ча^ * f
на и затем падают вНИЗ в сборник пыли (бункер), откуда
периодически удаляются Для повышения эффективности работы
применяют труппные (батарейные) циклоны.
Мокрые пылеуА<>витеш(скРУ66еРЪ1> турбулентные,
газопромыватели и др.) тре6УЮТ п°Дачи воды и работают по принципу
л^™тт пыли на поверхность капель под действием
осаждения частиц *
броУновского Движения. Наибольшее практиче-
скоеЗменение г*°лучили скрубберы Вентури (рис. 20.3),
которые обеспечивав 99% очистки от частиц размером более
2 мкм и, как все ма«Рые пылеуловители, незаменимы при очи-
„огчлвоопасных и горячих газов,
стке от пыли взры*5 у
452
Рис. 20.2. Схема устройства циклона :
1 — корпус; 2 — входной патрубок; 3 — выхлопная труба;
4 — сборник пыли
Фильтры (тканевые, зернистые) способны задерживать
мелкодисперсные частицы пыли до 0,05 мкм. Особенно
эффективны рукавные фильтры с тканями из синтетических
волокон повышенной термостойкости (250—300 °С) типа «суль-
фон-Т», фильтровальные металлические ткани (до 800 °С), а
также фильтры из тканей типа ФПП и ФПА, дающие высокую
степень очистки.
Электрофильтры — наиболее совершенный способ очистки
газов от взвешенных в них частиц пыли размером до 0,01 мкм
при высокой эффективности очистки газов (99,0—99,5%).
Принцип работы всех типов электрофильтров основан на ионизации
пыле-газового потока у поверхности коронирующих электродов.
Приобретая отрицательный заряд, пылинки движутся к осади-
453
Рис. 20.3. Схема устройства скруббера Вентури :
1 — труба Вентури; 2 — скруббер-каплеуловитель
тельному электроду, имеющему знак, обратный заряду корони-
рующего электрода. При встряхивании электродов осажденные
частички пыли под действием силы тяжести падают вниз в
сборник пыли (рис. 20.4). Электроды требуют большого расхода
электроэнергии — это их основной недостаток.
Наиболее эффективны комбинированные методы очистки
от пыли. Например, отличные результаты дает очистка
агломерационных газов в батарейных циклонах с последующей до-
очисткой в скрубберах Вентури, а также в электрофильтрах.
(Защита окружающей среды..., 1993).
Способы очистки выбросов от токсичных газо- и
парообразных примесей (NO, N02, S02 и др.) подразделяют на три
454
Рис. 20.4. Схема устройства трехпольного электрофильтра :
1 — корпус; 2 — электрод осадительный; 3 — электрод коронирую-
щий; 4 — механизм встряхивания коронирующих электродов;
5 — механизм встряхивания осадительных электродов; 6 —
газораспределительная решетка; 7 — сборник пыли; 8 — изолятор
основные группы: 1) поглощение примесей путем применения
каталитического превращения; 2) промывка выбросов
растворителями примеси (абсорбционный метод) и 3) поглощение
газообразных примесей твердыми телами с ультрамикропористой
структурой (адсорбционный метод).
С помощью каталитического метода токсичные
компоненты промышленных выбросов превращают в вещества безвредные
или менее вредные для окружающей среды путем введения в
систему дополнительных веществ, называемых катализаторами.
Широко применяют палладийсодержащие и ванадиевые
катализаторы. С их помощью происходит каталитическое досжигание
оксида углерода до диоксида и диоксида серы до оксида. Возможно
также восстановление оксидов азота аммиаком до элементарного
азота. Одна из разновидностей этого метода — дожигание
вредных примесей с помощью газовых горелок (факельное сжигание),
широко используется на нефтеперерабатывающих заводах.
455
Абсорбционный метод основан на поглощении вредных
газообразных примесей жидким поглотителем (абсорбентом). В
качестве абсорбента используют воду, растворы щелочей
(соды), аммиака и др. Газообразные цианистые соединения
абсорбируют, например, 5%-ным раствором железного
купороса. Устройство, в котором осуществляют процесс абсорбции,
называют абсорбером.
Адсорбционный метод позволяет извлекать вредные
компоненты из промышленных выбросов с помощью адсорбентов —
твердых тел с ультрамикропористой структурой
(активированный уголь и глинозем, силикагель, цеолиты, сланцевая зола и
другие вещества). Например, на АЭС широко применяется
метод очистки технологических газов путем сорбции
радиоактивных продуктов на угольных фильтрах — адсорбентах, которые
позволяют надежно предотвратить загрязнение атмосферы при
всех режимах работы АЭС («Защита окружающей среды..., 1993).
Рассеивание газовых примесей в атмосфере используют
для снижения опасных концентраций примесей до уровня
соответствующего ПДК. Как показывает опыт, в приземном слое
атмосферы вблизи крупных энергетических установок (ТЭЦ,
ТЭС, ГРЭС) и других предприятий концентрация вредных
веществ в отходящих газах может превышать предельно
допустимые нормы несмотря на все применяемые меры по очистке
газов и экологизацию технологических процессов.
Рассеивание пыле-газовых выбросов осуществляют с
помощью высоких дымовых труб. Чем выше труба, тем больше ее
рассеивающий эффект. На ряде предприятий высота дымовых
труб достигает более 300 м. Так, на медно-никелевом комбинате
в г. Садбери (Канада) высота трубы 407 м. Значительную
высоту (не менее 100 м) имеют вентиляционные (выбросные) трубы
на АЭС для рассеивания радиоактивных выбросов. Следует
признать, что рассеивание газовых примесей в атмосфере — это
далеко не самое лучшее решение проблемы, связанной с
загрязнением воздушного бассейна. По мнению А. Гора (1993),
«применение высоких дымовых труб, хотя и помогло уменьшить
локальное дымовое загрязнение, осложнило в то же время
региональные проблемы выпадения кислотных дождей. Чем выше
456
от поверхности земли происходит выброс загрязняющих газов,
тем дальше от своего источника они распространяются. То, что
было когда-то дымной мглой над Питтсбургом, становилось
кислотным снегопадом в Лабрадоре. Примеси, досаждающие
лондонцам в виде смога, губят листву в лесах Скандинавии».
Рассеивание вредных веществ в атмосфере — это
временное, вынужденное мероприятие, которое осуществляется
вследствие того, что существующие очистные устройства не
обеспечивают полной очистки выбросов от вредных веществ.
Защита атмосферного воздуха от вредных выбросов
предприятий в значительной степени связана с устройством сапи-
тарно-защитных зон и архитектурно-планировочными
решениями.
Санитарно-защитная зона — это полоса, отделяющая
источники промышленного загрязнения от жилых или общественных
зданий для защиты населения от влияния вредных факторов
производства (выбросы пыли и иные виды загрязнения среды).
Ширину санитарно-защитных зон устанавливают в
зависимости от класса производства, степени вредности и
количества выделенных в атмосферу веществ и принимают равной
от 50 до 1000 м. Например, для цементных заводов
производительностью более 150 тыс. т цемента в год (I класс
производства) ширина санитарно-защитной зоны — 1000 м, а для
предприятий по изготовлению камышита (V класс
производства) -—50 м.
Санитарно-защитная зона должна быть благоустроена и
озеленена газоустойчивыми породами деревьев и кустарников,
например, акацией белой, тополем канадским, елью колючей,
шелковицей, кленом остролистным, вязом листовитым и т. д.
Об эффективности озеленения свидетельствуют следующие
данные: хвоя одного гектара елового леса улавливает 32 т пыли,
листва букового леса — 68 т. На расстоянии 500 м от
предприятия при отсутствии озеленения загрязнение воздуха SO,, R,S,
и N02 в два раза ниже, чем у источника загрязнения, а при
наличии озеленения ниже в три-четыре раза (Гаев и др., 1990).
Архитектурно-планировочные мероприятия включают пра-
457
вильное взаимное размещение источников выброса и
населенных мест с учетом направления ветров, выбор под застройку
промышленного предприятия ровного возвышенного места,
хорошо продуваемого ветрами, сооружение автомобильных
дорог в обход населенных пунктов и др.
Помимо рассмотренных выше мер по защите воздушного
бассейна предусмотрена также охрана от озонового слоя. В
Законе РФ «Об охране окружающей среды» (2002 г.) имеется
отдельная статья (ст. 54), посвященная этой проблеме, что
свидетельствует об ее исключительной важности.
В конце 90-х гг. в нашей стране была создана
Межведомственная комиссия, в задачу которой входила координация
деятельности различных организаций по выполнению
международных обязательств по охране озонового слоя и прекращению
выпуска озоноразрушающих веществ. Ведется также
интенсивная разработка й внедрение мероприятий по резкому
сокращению выбросов соединений серы, оксидов азота и других
опаснейших загрязнителей атмосферного воздуха. Как уже
отмечалось в гл. 13 § 4 Россия присоединилась к Киотскому
протоколу о контроле за выбросами парниковых газов. В феврале
2005 г. Президент России В. Путин подписал Федеральный
закон «О ротификации Киотского протокола к Рамочной
конвенции ООН об изменении климата», принятый Госдумой
22.10.2004 г. и одобренный Советом Федерации 27.10.2004 г.
§ 4. Защита гидросферы
Поверхностная гидросфера
Поверхностные воды охраняют от засорения, загрязнения
и истощения. Для предупреждения засорения принимают
меры, исключающие попадание в поверхностные водоемы и реки
строительного мусора, твердых отходов, остатков лесосплава
и других предметов, негативно влияющих на качество вод,
условия обитания рыб и др. Истощение поверхностных вод пре-
458
дотвращают путем строгого контроля за минимально
допустимым стоком вод.
Важнейшая и наиболее сложная проблема — защита
поверхностных вод от загрязнения. С этой целью предусматриваются
следующие экозащитные мероприятия:
— развитие безотходных и безводных технологий;
внедрение систем оборотного водоснабжения;
— очистка сточных вод (промышленных,
коммунально-бытовых и др.);
— закачка сточных вод в глубокие водоносные горизонты;
— очистка и обеззараживание поверхностных вод,
используемых для водоснабжения и других целей.
Главный загрязнитель поверностных вод — сточные воды,
поэтому разработка и внедрение эффективных методов
очистки сточных вод представляется весьма актуальной и
экологически важной задачей. Наиболее действенным способом
защиты поверхностных вод от загрязнения их сточными водами
является разработка и внедрение безводной и безотходной
технологии производства, начальным этапом которой является
создание оборотного водоснабжения.
При организации системы оборотного водоснабжения в нее
включают ряд очистных сооружений и установок, что
позволяет создать замкнутый цикл использования производственных
и бытовых сточных вод. При таком способе водоподготовки
сточные воды все время находятся в обороте и попадание их в
поверхностные водоемы полностью исключено.
Ввиду огромного многообразия состава сточных вод
существуют различные способы их очистки: механический,
физико-химический, химический, биологический и др. В
зависимости от степени вредности и характера загрязнений очистка
сточных вод может производиться каким-либо одним способом или
комплексом методов (комбинированный способ). В процессе
очистки предусматривают обработку осадка (или избыточной
биомассы) и обеззараживание сточных вод перед сбросом их в
водоем.
459
При механической очистке из производственных сточных
вод путем процеживания, отстаивания и фильтрования
удаляются до 90% нерастворимых механических примесей
различной степени дисперсности (песок, глинистые частицы,
окалину и др.), а из бытовых сточных вод — до 60%. Для этих целей
применяют решетки, песколовки, песчаные фильтры,
отстойники различных типов (рис. 20.5). Вещества, плавающие на
поверхности сточных вод (нефть, смолы, масла, жиры,
полимеры и др.), задерживают нефте- и маслоловушками и другого
вида уловителями либо выжигают.
Химические и физико-химические методы очистки
наиболее эффективны для очистки производственных сточных вод.
К основным химическим способам относят нейтрализацию
и окисление. В первом случае для нейтрализации кислот и
щелочей в сточные воды вводят специальные реагенты (известь,
кальцинированную соду, аммиак), во втором — различные окис-
Рис. 20.5. Схема устройства радиального отстойника:
/ — входная труба; 2 — отводящая труба; 3 — шламосборник;
4 — канал вывода шлама; 5 — механический скребок
460
лители. С их помощью сточные воды освобождаются от
токсичных и других компонентов.
При физико-химической очистке используются:
— коагуляция — введение в сточные воды коагулянтов
(солей аммония, железа, меди, шламовых отходов и пр.)
для образования хлопьевидных осадков, которые затем
легко удаляются;
— сорбция — способность некоторых веществ
(бентонитовые глины, активированный уголь, цеолиты, силикагель,
торф и др.) поглощать загрязнение. Методом сорбции
возможно извлечение из сточных вод ценных
растворимых веществ и последующая их утилизация;
— флотация — пропуск через сточные воды воздуха.
Газовые пузырьки захватывают при движении вверх
поверхностно-активные вещества, нефть, масла, другие
загрязнения и образуют на поверхности воды легко удаляемый
пенообразный слой.
Для очистки коммунально-бытовых промстоков
целлюлозно-бумажных, нефтеперерабатывающих, пищевых предприятий
широко используют биологический (биохимический) метод.
Метод основан на способности искусственно вселяемых
микроорганизмов использовать для своего развития органические и
некоторые неорганические соединения, содержащиеся в сточных
водах (сероводород, аммиак, нитриты, сульфиды и т. д.).
Очистку ведут с помощью естественных (поля орошения, поля
фильтрации, биологические пруды и др.) и искусственных
методов (аэротенки, метантенки, биофильтры, циркуляционные
окислительные каналы).
После осветления сточных вод образуется осадок, который
сбраживают в железобетонных резервуарах (метантенках), а
затем удаляют на иловые площадки для подсушивания (рис. 20.7).
Подсушенный осадок обычно используется как удобрение.
Однако в последние годы в сточных водах стали обнаруживаться
многие вредные вещества (тяжелые металлы и др.), что
исключает такой способ утилизации осадков.
461
Рис. 20.6. Биологический модуль для очистки стока р. Темирника
(приток р. Дона)
Осветленная часть сточных вод очищается в аэротенках —
специальных закрытых резервуарах, по которым медленно
пропускают стоки, обогащенные кислородом и смешанные с
активным илом. Активный ил представляет собой совокупность
гетеротрофных микроорганизмов и мелких беспозвоночных
животных (плесени, дрожжей, водных грибов, коловраток и др.),
а также твердого субстрата. Важно правильно подбирать
температуру, рН, добавки, условия перемешивания, окислитель
(кислород), чтобы в максимальной степени способствовать
интенсификации гидробиоценоза, составляющего активный ил.
После вторичного отстаивания сточные воды
обеззараживают (дезинфицируют) с помощью соединений хлора или
других сильных окислителей. При этом способе (хлорировании)
уничтожаются патогенные бактерии, вирусы, болезнетворные
микроорганизмы. В системах очистки сточных вод
биологический (биохимический) метод является завершающим и
после его применения сточные воды можно использовать в
оборотном водоснабжении либо сбрасывать в поверхностные
водоемы.
462
Рис. 20.7. Схема биологической очистки сточных вод:
^ — решетка; 2 — дробилка; 3 — песколовка; 4 — песковая
площадка; 5 — на планировку; 6 — иловые площадки; 7 — метантенк;
Я — первичный отстойник; 9 — аэротенк; 10 — вторичный
отстойник; 11 — смеситель; 12 — хлораторная; 13 — контактный
резервуар; 14 — выпуск
463
В последние годы активно разрабатываются новые
эффективные методы, способствующие экологизации процессов
очистки сточных вод:
— электрохимические методы, основанные на процессах
анодного окисления и катодного восстановления,
электрокоагуляции и электрофлотации;
— мембранные процессы очистки (ультрафильтры,
электродиализ и др.);
— магнитная обработка, позволяющая улучшить флотацию
взвешенных частиц;
— радиационная очистка воды, позволяющая в кратчайшие
сроки подвергнуть загрязняющие вещества окислению,
коагуляции и разложению;
— озонирование, при котором в сточных водах не
образуется веществ, отрицательно воздействующих на
естественные биохимические процессы;
— внедрение новых селективных типов сорбентов для
избирательного выделения полезных компонентов из
сточных вод с целью вторичного использования, и др.
Известно, что значительную роль в заражении водных
объектов играют пестициды и удобрения, смываемые
поверхностным стоком с сельскохозяйственных угодий. Для
предотвращения попадания загрязняющих стоков в водоемы необходим
комплекс мероприятий, включающих: 1) соблюдение норм и
сроков внесения удобрений и ядохимикатов; 2) очаговую и
ленточную обработку пестицидами вместо сплошной; 3) внесение
удобрений в виде гранул и по возможности вместе с поливной
водой; 4) замену ядохимикатов биологическими способами
защиты растений, и т. д.
Очень сложна утилизация животноводческих стоков,
губительно действующих на водные экосистемы. В настоящее
время наиболее экономичной признана технология, при которой
вредные стоки разделяют с помощью центрифугирования на
твердую и жидкую фракции (Яковлев, 1991). При этом твердая
464
часть превращается в компост и ее вывозят на поля. Жидкая
часть (навозная жижа) концентрацией до 18% проходит через
реактор (рис. 20.8) и превращается в гумус. При разложении
органики выделяются метан, двуокись углерода и сероводород.
Энергию этого биогаза используют для производства тепла и
энергии.
Рис. 20.8. Схема утилизации компонентов, содержащихся в стоках
животноводческого комплекса:
1 — колодец для навозной жижи; 2 — насос; 3 — биогазовый
реактор; 4 — отработанный осадок; 5 — биогаз; 6 — хранилище
биогаза; 7 — газовая горелка; 8 — тепловая энергия; 9 —
электроустановка; 10 — электроэнергия; 11 — тепловая энергия
Одним из перспективных способов уменьшения
загрязнения поверхностных вод является закачка сточных вод в
глубокие водоносные горизонты через систему поглощающих
скважин (подземное захоронение) (рис. 20.9). При этом способе
отпадает необходимость в дорогостоящей очистке и
обезвреживании сточных вод и в сооружении очистных сооружений.
Однако, по мнению многих ведущих специалистов,
данный метод целесообразен для изоляции лишь небольших
количеств высокотоксичных сточных вод, не поддающихся
очистке существующими технологиями. Эти опасения связаны с
тем, что очень трудно оценить воможные экологические
последствия усиленного заводнения даже хорошо изолированных
глубокозалегающих горизонтов подземных вод. К тому же
технически очень сложно полностью исключить возможность
проникновения удаляемых высокотоксичных промстоков на
поверхность земли или в другие водоносные горизонты через затруб-
ные пространства скважин. И тем не менее в обозримом буду-
465
Рис. 20.9. Схема «захоронения» промышленных сточных вод
в глубокие водоносные горизонты (по Н. В. Тарасовой):
1 — накопительная емкость; 2 — нагнетательная скважина;
3 — наблюдательные скважины; 4 — зона активного водообмена
(пресные воды); 5 — зона замедленного водообмена (солоноватые
воды); б — зона застойного режима (соленые воды); 7—
закаченные промышленные стоки
щем такое решение экологических проблем неизбежно, как
наименьшее зло (Дзюба, 1999).
Среди водобхранных проблем одной из важнейших
является разработка и внедрение эффективных методов
обеззараживания и очистки поверхностных вод, используемых для
питьевого водоснабжения. Недостаточно очищенные
питьевые воды опасны как с экологической, так и с социальной
точек зрения.
Начиная с 1896 г. и до настоящего времени метод
обеззараживания воды хлором является в нашей стране наиболее
распространенным способом борьбы с бактериальным загрязне-
466
нием. Однако оказалось, что хлорирование воды несет в себе
серьезную опасность для здоровья людей. Исключить этот
опасный для здоровья людей эффект и добиться снижения
содержания канцерогенных веществ в питьевой воде возможно
путем замены первичного хлорирования на озонирование или
обработку ультрафиолетовыми лучами, а также и применением
безреагентных методов предочистки на биологических
реакторах (Государственный доклад «Вода питьевая», 1995).
Следует заметить, что обработка воды озоном или
ультрафиолетовыми лучами практически полностью вытеснила
хлорирование на станциях очистки воды во многих странах
Западной Европы. В нашей стране применение этих экологически
эффективных технологий ограничено из-за высокой стоимости
переоборудования водоочистных станций.
Современная технология очистки питьевой воды от других
экологически опасных веществ — нефтепродуктов, СПАВ,
пестицидов, хлорорганических и других соединений основывается
на использовании сорбционных процессов с применением
активированных углей или их аналогов — графитминеральных
сорбентов.
Все большее значение в охране поверхностных вод от
загрязнения и засорения приобретают агролесомелиорация и
гидротехнические мероприятия. С их помощью можно
предотвращать заиление и зарастание озер, водохранилищ и малых рек,
а также образование эрозии, оползней, обрушение берегов и
т. д. Выполнение комплекса этих работ позволит уменьшить
загрязненный поверхностный сток и будет способствовать
чистоте водоемов. В этой связи огромное значение придается
снижению процессов эвтрофикации водоемов, в частности
водохранилищ таких гидротехнических каскадов, как Волго-Кам-
ский, и др.
Важную защитную функцию на любом водном объекте
выполняют водоохранные зоны. Ширина водоохранной зоны рек
может составлять от 0,1 до 1,5—2,0 км, включая пойму реки,
террасы и склон коренного берега. Назначение водоохранной
зоны — предотвратить загрязнение, засорение и истощение
водного объекта. В пределах водоохранных зон запрещается рас-
467
пашка земель, выпас скота, применение ядохимикатов и
удобрений, производство строительных работ и др.
Поверхностная гидросфера органично связана с
атмосферой, подземной гидросферой, литосферой и с другими
компонентами окружающей среды. Учитывая неразрывную
взаимосвязь всех ее экосистем, невозможно обеспечить чистоту
поверхностных водоемов и водотоков без защиты от загрязнения
атмосферы, почв, подземных вод и др.
Для защиты поверхностных вод от загрязнения в ряде
случаев необходимо идти на радикальные меры: закрытие или
перепрофилирование загрязняющих производств, полный
перевод сточных вод на замкнутый цикл водопотребления и т. д.
Так, например, по мнению Г. И. Галазия (1990), кардинальное
решение проблемы предотвращения загрязнения Байкала
состоит не в том, чтобы сбрасывать в него даже хорошо
очищенные, но все же губительные для водных организмов
промстоки и пылегазовые выбросы, а в том, чтобы полностью
исключить их попадание в озеро и в атмосферу. Постановление
Правительства Российской Федерации (1995), которым
предусматривалось перепрофилирование Байкальского целлюзно-бумаж-
ного комбината и перевод его сточных вод на замкнутый цикл
водопотребления, до сих пор полностью не реализовано.
Еще большая опасность для озера Байкал возникла в
последнее время в связи с намерением компании «Транснефть»
построить нефтепровод «Восточная Сибирь — Тихий океан» в
непосредственной близости (менее 800 м) от озера. Тем самым
грубо нарушалась граница водоохранной зоны озера Байкал,
объявленного в 1996 г. ЮНЕСКО всемирным наследием. По
мнению специалистов, в случае аварии, землетрясения (в зоне
Байкала возможны 10-балльные землетрясения), оползневых
смещений с разрывом трубопровода и т.д., десятки тонн нефти
достигнут озера за 20—30 минут.
По заявлению Президента РФ В.В. Путина в мае 2006 г.,
«если есть хоть ничтожная доля опасности загрязнения
Байкала, мы должны сделать все, чтобы эту опасность исключить».
Принято решение в ближайшее время определить новый
маршрут нефтепровода. Предположительно он пройдет севернее
озера Байкал, вне водозаборной зоны озера.
468
Подземная гидросфера
Основные мероприятия по защите подземных вод,
проводимые в настоящее время, заключаются в предотвращении
истощения запасов подземных вод и защите их от загрязнения.
Как и для поверхностных вод, эта большая и сложная
проблема может быть успешно решена лишь в неразрывной связи с
охраной всей окружающей среды.
Для борьбы с истощением запасов пресных подземных вод,
пригодных для целей питьевого водоснабжения,
предусматривают различные меры, в том числе: регулирование режима во-
доотбора подземных вод; более рациональное размещение
водозаборов по площади; определение величины
эксплуатационных запасов как предела их рационального использования;
введение кранового режима эксплуатации самоизливающихся
артезианских скважин.
В последние годы для предупреждения истощения
подземных вод все чаще применяют искусственное пополнение их
запасов путем перевода поверхностного стока в подземный.
Пополнение осуществляется путем инфильтрации (просачивания)
воды из поверхностных источников (реки, озера,
водохранилища) в водоносные пласты (рис. 20.10). Подземные воды
получают при этом дополнительное питание, что позволяет
увеличивать производительность водозаборов без истощения
естественных запасов.
Меры борьбы с загрязнением подземных вод
подразделяют на: 1) профилактические и 2) специальные, задача которых —
локализовать или ликвидировать очаг загрязнения.
Ликвидировать очаг загрязнения, т. е. извлечь из
подземных вод и горных пород загрязняющие вещества, весьма
сложно, на это могут уйти многие годы. Поэтому
профилактические меры являются главными в природоохранных
мероприятиях. Предотвратить загрязнение подземных вод
можно различными путями. Для этого совершенствуют методы
очистки сточных вод, чтобы исключить попадание
загрязненных стоков в подземные воды. Внедряют производства с
бессточной технологией, тщательно экранируют чаши бас-
469
Рис. 20.10. Схема искусственного пополнения подземных вод:
1 — водоносные пески; 2 — депрессионная воронка; 3 — насосная;
4 — здание для очистки йоды; 5 — инфильтрационные бассейны;
6 — водозаборные скважины
сейнов с промышленными стоками, снижают опасные
газодымовые выбросы на предприятиях, регламентируют
использование пестицидов и удобрений на сельскохозяйственных
работах и т. д.
Важнейшей мерой предупреждения загрязнения подземных
вод в районах водозаборов является устройство вокруг них зон
санитарной охраны.
Зоны санитарной охраны (ЗСО) — это территории вокруг
водозаборов, создаваемые для исключения возможности
загрязнения подземных вод. Состоят они из трех поясов. Первый
пояс (зона строгого режима) включает территорию на расстоянии
30—50 м от водозабора. Здесь запрещается присутствие посто-
470
ронних лиц и проведение каких-либо работ, не связанных с
эксплуатацией водозабора. Второй пояс ЗСО предназначен для
зашиты водоносного горизонта от бактериальных (микробных)
загрязнений, а третий — от химических загрязнений. Границы
поясов определяются специальными расчетами. На их
территории запрещается размещение любых объектов, могущих
вызвать химическое или бактериальное загрязнения (шламохра-
нилища, животноводческие комплексы, птицефабрики и т. д.).
Запрещается также использование минеральных удобрений и
пестицидов, промышленная рубка леса. Ограничивается или
запрещается и другая производственная и хозяйственная
деятельность человека.
Проекты ЗСО должны быть согласованы с органами
санитарного надзора и утверждены специально уполномоченными
государственными органами в области охраны окружающей
среды.
Специальные мероприятия по защите подземных вод от
загрязнения направлены на перехват загрязненных вод с
помощью дренажа, а также на изоляцию источников загрязнения от
остальной части водоносного горизонта. Весьма перспективным
в этом отношении является создание искусственных
геохимических барьеров, основанных на переводе загрязняющих веществ
в малоподвижные формы. Для ликвидации локальных очагов
загрязнения ведут длительные откачки загрязненных
подземных вод из специальных скважин.
Мероприятия по защите подземных вод от истощения и
загрязнения проводятся в общем комплексе природоохранных мер.
§ 5. Защита литосферы
Защита почв (земель)
Защита почв от прогрессирующей деградации и
необоснованных потерь — наиболее острая экологическая проблема в
земледелии^ которая еще далека от своего решения.
471
В число основных звеньев экологической защиты почв
входят:
— защита почв от водной и ветровой эрозии;
— организация севооборотов и системы обработки почв с
целью повышения их плодородия;
— мелиоративные мероприятия (борьба с заболачиванием,
засолением почв и др.);
— рекультивация нарушенного почвенного покрова;
— защита почв от загрязнения, а полезной флоры и
фауны — от уничтожения;
— предотвращение необоснованного изъятия земель из
сельскохозяйственного оборота.
Защита почв должна осуществляться на основе
комплексного подхода к сельскохозяйственным угодьям как сложным
природным образованиям (экосистемам) с обязательным
учетом региональных особенностей.
Для борьбы с эрозией почв необходим комплекс мер:
землеустроительных (распределение угодий по степени их
устойчивости к эрозионным процессам), агротехнических
(почвозащитные севообороты, контурная система выращивания
сельскохозяйственных культур, при которой задерживается сток,
химические средства борьбы и т. д.), лесомелиоративных
(полезащитные и водорегулирующие лесные полосы, лесные
насаждения на оврагах, балках и т. д.) и гидротехнических (
каскадные пруды и т. д.).
При этом учитывают, что гидротехнические мероприятия
останавливают развитие эрозии на определенном участке сразу
же после их устройства, агротехнические — через несколько
лет, а лесомелиоративные — через 10—20 лет после их
внедрения.
Для почв, подверженных сильной эрозии, необходим весь
комплекс противоэрозионных мер: полосное земледелие, т. е.
такая организация территории, при которой прямолинейные
контуры полей чередуются с полезащитными лесными полосами,
почвозащитные севообороты (для защиты почв от дефляции),
472
облесение оврагов, бесплужные системы обработки почв
(применение культиваторов, плоскорезов и т. п.), различные
гидротехнические мероприятия (устройство каналов, валов, канав,
террас, сооружение водотоков, лотков и др.) и другие меры.
Великий русский ученый-естествоиспытатель,
основоположник почвоведения, В. В. Докучаев (1846—1903) впервые
разработал учение о взаимодействии всех элементов природы
(рельефа, климата, почв и т. д.) и на этой основе обосновал выбор
оптимальных соотношений сельскохозяйственных угодий,
севооборотов и их рационального территориального размещения.
Впечатляющий пример успешной борьбы с эрозией почв —
Каменная степь в Воронежской области, которую по праву
называют докучаевским бастионом. Известно, какое огромное
количество оврагов в этой области. По данным А. И. Тульчин-
ского (1990), в Каменной степи на площади более 12 000 га за
последние 50 лет не было ни одного оврага. В 1946 г. в
результате жестокой засухи сильно пострадали Поволжье, Северный
Кавказ, Украина, хозяйства окрест не собрали семян, а поля
Каменной степи дали почти стопудовый урожай. Все дело в
правильном соотношении между водой и лесом, лугами и
другими сельскохозяйственными угодьями.
Еще в начале века Д. И. Менделеев писал: «Вопрос засадки
лесом южных степей принадлежит к разрешимым задачам. И
я думаю, что работа в этом направлении настолько важна для
будущего России, что считаю ее однозначащей с защитой
государства».
Для борьбы с заболачиванием почв в районах достаточного
или избыточного увлажнения в результате нарушения
природного водного режима применяют различные осушительные
мелиорации. В зависимости от причин заболачивания — это
может быть понижение уровня грунтовых вод (рис. 20.11) с
помощью закрытого дренажа, открытых каналов или водозаборных
сооружений, строительство дамб, спрямление русла реки для
защиты от затопления, перехват и сброс атмосферных
склоновых вод и др. Однако чрезмерное осушение больших
площадей может вызвать нежелательные изменения в экосистемах —
переосушку почв, их дегумификацию и декальцинирование
473
Рис. 20.11. Схема осушения заболоченного участка под влиянием
дренирования водозаборного сооружения в плане (а) и разрезе (б):
1 — площадь заболоченного участка; 2—3 — скважины (2 —
водозабор; 3 — наблюдательные); 4 — уровень грунтовых вод до
эксплуатации водозабора; 5 — депрессионная воронка сниженных уровней
грунтовых вод на водозаборном участке (Н. И. Плотников, 1990)
474
(приставка «де» означает устранение чего-либо), а также
вызвать обмеление малых рек, усыхание лесов и т. д.
Для предупреждения вторичного засоления почв
необходимо устраивать дренаж, регулировать подачу воды, применять
полив дождеванием, использовать капельное и прикорневое
орошение, выполнять работы по гидроизоляции оросительных
каналов и т. д.
К сожалению, все эти методы и технические новинки для
предупреждения вторичного засоления почв применяются лишь
на небольшой части орошаемых территорий. Причины везде
одинаковы: 1) высокая стоимость и трудоемкость
мелиоративных работ; например, дренажные работы и гидроизоляция
каналов почти вдвое удорожают строительство оросительных
систем; 2) надежда на то, что «неблагоприятные последствия
орошения скажутся когда-то в будущем, когда будет больше
средств. Но результат всегда и везде был один и тот же:
катастрофически быстрый подъем грунтовых вод, вторичное
засоление, падение урожаев, потери капиталовложений, в
конечном итоге испорченные земли» (Страны и народы, 1985).
Именно таким путем происходит формирование многих зон
повышенного экологического риска как у нас в стране, так и
за рубежом.
Для предотвращения загрязнения почв пестицидами и
другими вредными веществами используют экологические
методы защиты растений (биологические, агротехнические и др.),
повышают природную способность почв к самоочищению, не
применяют особо опасные и стойкие инсектицидные
препараты и др.
Например, широко используется разведение и выпуск в аг-
роэкосистемы насекомых-хищников: божьей коровки,
жужелицы, муравьев и др. (биологическая защита), внедрение в
природные популяции видов или особей, не способных давать
потомство (генетический метод защиты), оптимизация размеров
отдельных полей для подавления нежелательных видов
(агротехнический метод) и т. д.
В США и в ряде стран Западной Европы организована
система биологического земледелия, при которой полностью ис-
475
ключено применение пестицидов и минеральных удобрений и
где получают «экологически чистые» продукты. Только в СЩд
в 1987 г. таких ферм насчитывалось более 30 тысяч. В ряде
районов нашей страны (Краснодарский край, Омская область и
др.) также появляются очаги беспестицидного земледелия.
Интенсивно ведутся работы по созданию пестицидных
препаратов на основе природных ингредиентов (смесь зеленого перца с
чесноком и табаком, пудра из ромашки, настои из багульника,
живокости, софоры, лука и др).
Изъятие пахотных земель для капитального
строительства и других целей может быть допущено лишь в
исключительных случаях в соответствии с действующим
законодательством. Для сохранения продуктивности земель необходимо
вводить научно обоснованные нормы земельных площадей,
расширять использование для строительства условно
непригодных для сельского хозяйства земель, прокладывать
коммуникации под землей, повышать этажность застройки городов и
населенных пунктов и т. д.
При проведении строительных и иных работ, связанных с
механическим нарушением почвенного покрова,
предусматривается снятие, сохранение и нанесение почвенного
плодородного слоя на нарушенные земли. Снятие почвенного слоя
осуществляется в соответствии с ГОСТ 17.5.3.06-85 «Охрана
природы. Требования к определению норм снятия плодородного
слоя почвы при производстве земляных работ». Для разных
типов почв толщина плодородного слоя колеблется от 0,2
(дерново-подзолистые) до 1,2 м (черноземы). Плодородный слой
вывозится и складируется в специальных временных отвалах
(буртах). Нанесение почвенного плодородного слоя на
нарушенные земли производят не позднее одного года с момента
окончания земляных работ.
Почва, как и вся земля в целом, охраняется законом.
Землепользователи обязаны эффективно и рационально
использовать земельные богатства, повышать плодородие земельных
угодий, не допускать порчу, загрязнение, засорение и
истощение земель.
476
Охрана и рациональное использование недр
Недра подлежат охране от истощения запасов полезных
ископаемых и загрязнения. Необходимо также предупреждать
вредное воздействие недр на окружающую среду при их
освоении.
Согласно действующему законодательству для
предотвращения экологического и экономического вреда недрам
необходимо:
— обеспечивать полное и комплексное геологическое
изучение недр;
— соблюдать установленный порядок пользования недр и
не допускать самовольное пользование недрами;
— наиболее полно извлекать из недр и рационально
использовать запасы основных полезных ископаемых и
попутных компонентов;
— не допускать вредного влияния работ, связанных с
пользованием недрами, на сохранность запасов полезных
ископаемых;
— охранять месторождения полезных ископаемых от
затопления, обводнения, пожаров и др.;
— предупреждать самовольную и необоснованную застройку
площадей залегания полезных ископаемых;
— предотвращать загрязнение недр при подземном
хранении нефти, газа и иных веществ, захоронении вредных
веществ и отходов производства.
Одним из основных принципов охраны окружающей среды
является неистощительное использование природных ресурсов.
Для предотвращения возможного их истощения и сохранения
запасов недр очень важно соблюдать принцип наиболее полно-
го извлечения из недр основных и попутных полезных
ископаемых. Подсчитано, что если повысить отдачу недр всего на
1 %, можно дополнительно получить 9 млн т угля, около 9 млрд
м3 газа, свыше 10 млн т нефти, около 3 млн т железной руды и
других полезных ископаемых. Все это позволит сократить
глубину и масштабы неоправданного проникновения в земные
недра, а следовательно, значительно уменьшить отходы горно-
477
добывающих предприятий и оздоровить экологическую
обстановку.
Одной из важных проблем, связанных с охраной и
рациональным использованием недр, является комплексное
использование минерального сырья, включая проблему утилизации
отходов.
Отходы при разработке недр бывают твердыми («пустые»
горные породы, минеральная пыль), жидкими (шахтные,
карьерные и сточные воды) и газообразными (газы, выделяемые
из отвалов). Основные направления утилизации отходов и
улучшения экологической обстановки — это использование их в
качестве сырья, в промышленном и строительном производстве,
в дорожном строительстве, для закладки выработанного
пространства и для производства удобрений. Жидкие отходы
после соответствующей очистки используют для хозяйственно-
питьевого водоснабжения, орошения и т. д., газообразные —
для отопления и газоснабжения.
При пользовании недрами охраняют также земную
поверхность, поверхностные и подземные воды, рекультивируют вы-'
работанные участки, предотвращают вредное воздействие на
другие компоненты природной среды и качество окружающей
среды в целом.
Рекультивация нарушенных территорий
Рекультивация — комплекс работ, проводимых с целью
восстановления нарушенных территорий и приведения
земельных участков в безопасное состояние.
Нарушение территории происходит в основном при
открытой разработке месторождений полезных ископаемых, а также
в процессе строительства. Нарушенные земли теряют
первоначальную ценность и отрицательно влияют на окружающую
природную среду.
Объектами рекультивации являются:
— карьерные выемки, мульды оседания, провальные
воронки, терриконы, отвалы и другие карьерно-отвальные
комплексы;
478
— земли, нарушенные при строительных работах;
— территории полигонов твердых отходов;
— земли, нарушенные в результате загрязнения их
жидкими и газообразными отходами (нефтезагрязненные
земли, газогенные пустыни и др.).
Рекультивация (восстановление) осуществляется
последовательно, по этапам. Различают техническую, биологическую
и строительную рекультивацию.
Техническая рекультивация означает предварительную
подготовку нарушенных территорий для различных видов
использования. В состав работ входят: планировка поверхности,
снятие, транспортировка и нанесение плодородных почв на
рекультивируемые земли, формирование откосов выемок,
подготовка участков для освоения и т. д.
На этапе технической рекультивации засыпают карьерные,
строительные и другие выемки (рис. 20.12), в глубоких
карьерах устраивают водоемы, полностью или частично разбирают
терриконы, отвалы, хвостохранилища, закладывают «пустыми»
породами выработанные подземные пространства. После
завершения процесса осадки поверхность земли выравнивают.
Рис. 20.12. Техническая рекультивация нарушенной территории
479
Биологическая рекультивация проводится после
технической для создания растительного покрова на подготовленных
участках. С ее помощью восстанавливают продуктивность
нарушенных земель, формируют зеленый ландшафт, создают
условия для обитания животных, растений, микроорганизмов,
укрепляют насыпные грунты, предохраняя их от водной и
ветровой эрозии, создают сенокосно-пастбищные угодья и т. д.
Работы по биологической рекультивации ведут на основе знания
о развитии сукцессионных процессов.
При благоприятных условиях рекультивацию нарушенных
земель осуществляют не по всем этапам, а выбирают какое-
либо одно преимущественное направление рекультивации:
водохозяйственное, рекреационное и др. (табл. 20.3). Например,
на территориях, подверженных воздействию газо-дымовых вы-
Таблица 20.3
Основные направления рекультивации и виды последующего
использования рекультивированных земель
Направление
рекультивации
Лесохозяйствен-
ное
Сельскохозяйственное
Водохозяйственное
Рекреационное
[Санитарно-
гигиеническое
1 Строительное
Вид использования рекультивированных
земель
Лесопитомники, лесонасаждения общего
хозяйственного и полезащитного
направления
Сенокосы, пастбища, многолетние
насаждения, пашни, садовые участки
Водоемы различного назначения,
включая рыбоводческие
Водоемы для оздоровительных целей, 1
зоны отдыха, туристические базы и
спортивные сооружения
Насаждение газоустойчивых растений;
участки, законсервированные или
закрепленные техническими средствами
Здания, сооружения и другие объекты
промышленно-гражданского и иного
назначения. Размещение отвалов
производства
480
бросов от промышленных предприятий, рекомендуется
санитарно-гигиеническое направление рекультивации с
использованием газоустойчивых растений.
Очень сложно рекультивировать нефтезагрязненные
земли, так как они имеют обедненную биоту и содержат
канцерогенные углеводороды типа бенз(а)пирена. Для этого
необходимы рыхление и аэрация почвы; использование бактерий,
деградирующих нефть; посев специально подобранных трав,
и др.
При необходимости выполняют также строительный этап
рекультивации, в ходе которого на подготовленных
территориях возводят здания, сооружения и другие объекты.
Работы по рекультивации нарушенных территорий
обеспечиваются нормативно-инструктивными материалами и ГОСТ.
Например, действует ГОСТ 17.5.3.04-83. «Охрана природы.
Земли. Общие требования к рекультивации земель».
Сегодня уже нельзя ограничиваться только
восстановлением нарушенного массива, плодородия земель, созданием
растительного покрова, а важно восстанавливать и все другие
компоненты природной среды. Необходима комплексная
рекультивация, а точнее, рекультивация природной среды (Сергеев и
др., 1992).
Защита массивов горных пород
Стратегическая линия защиты и рационального
использования оползневых, селевых, закарстованных и других
массивов горных пород может быть представлена следующим
образом:
— не фетишизировать лозунг «Строить, не нарушая
природных равновесий». Невозможно законсервировать
существующую природную обстановку и сделать ее неизменной.
Нарушение экологических равновесий и изменение среды
неизбежны, однако не следует допускать вредных и опасных по
своим последствиям нарушений;
481
— постепенно переходить от защиты отдельных участков и
районов к охране всего природного окружения;
— в районах со сложными природными условиями добиваться
их улучшения путем рекультивации, создания
искусственных форм рельефа, борьбы с неблагоприятными
геологическими процессами. Весьма важно учитывать единство,
взаимосвязь и взаимообусловленность антропогенных
геологических процессов. Изменение одного процесса вызывает
изменение других. Изыскатель и проектировщик должны
предвидеть цепные экологические реакции;
— выгоднее и эффективнее предупреждать нежелательный
процесс, что подчеркивает значимость профилактических
мероприятий;
— не применять таких мер борьбы, которые порождают новые
нежелательные процессы и явления;
— охранять памятники природы (уникальные геологические
разрезы, геоморфологические элементы, карстовые пещеры и
т. п.) (Рекомендации..., 1981).
Защита оползневых массивов. Эффективная защита
оползневых участков от воздействия строительных работ
заключается в поддержании стабильного состояния склонов в течение
всего срока эксплуатации, заданного проектом. С этой целью
регулируют поверхностный сток посредством водоотводных
канав, телескопических лотков, ливневых коллекторов,
производят планировку склона, одерновывают оголенные откосы,
осуществляют лесомелиоративные работы и т. п.
На оползневых склонах и там, где они возможны,
запрещается строительство различных сооружений, сброс
технических и хозяйственных вод, вырубка деревьев, неумеренный
выпас скота, подрезка склона, устройство карьеров и других
выемок, и т. п.
При необходимости выполняют активные инженерные
мероприятия: 1) перераспределение массы горных пород на
склоне; 2) устраивают подпорные и анкерные сооружения; 3) искус-
482
ственно улучшают свойства грунтов; 4) дренируют подземные
воды, и др.
Защита селеопасных массивов. На селеопасных горных
массивах запрещается вырубка лесов, уничтожение кустарников,
нарушение травянистого покрова. Недопустим сброс на
склоны сточных вод, устройство оросительных каналов,
накопление отвалов горных пород при добыче полезных ископаемых и
т.д. Необходимы лесонасаждения, регулирование
поверхностного стока, сброс воды из ледниковых озер и другие
природоохранные меры. В состав инженерных мероприятий входят се-
лезадерживающие и селеулавливающие плотины,
водосбросные каналы и др.
Защита закарстованных массивов. Природоохранные
мероприятия должны быть направлены на снижение карстового
процесса. Главное внимание уделяется поверхностному и
подземному стокам. С этой целью устраивают перехватывающие
и водосборные канавы, производят тампонаж карстовых
воронок, провалов, крупных трещин, облицовку обнаженных
участков. Предусматривают дренаж подземных вод.
Ограничивают до минимума вскрышные земляные работы. Применяют
агролесомелиорации.
Одним из важных направлений охраны закарстованных
массивов является борьба с утечками агрессивных
промышленных сточных вод. Для предотвращения развития
карстовых и суффозионных процессов при интенсивных откачках
вод необходимо регулировать величину водоотбора.
Защита массивов горных пород от подтопления.
Мероприятия по борьбе с подтоплением подразделяют на
профилактические (организация стока поверхностных вод,
предупреждение утечек из водонесущих коммуникаций и др.) и
защитные (дренаж, гидроизоляция).
Охрана массивов горных пород в зоне вечной мерзлоты.
Согласно действующим строительным нормам и правилам в
этих районах должны предусматриваться мероприятия для
сохранения расчетного температурного режима пород, а
также для сохранения природных условий окружающей среды.
Непременным условием сохранения мерзлотных и при-
483
родных условий являются своевременная засыпка траншей и
котлованов, закрепление выемок и срезок грунта и
максимально возможное сохранение естественного растительного и
почвенного покрова. Очень важно сохранить и природную
растительность (деревья, кустарники). Дороги, подъезды и
насыпные площадки для строительных механизмов возводят до
начала земляных и фундаментных работ.
После окончания строительных работ необходимо
производить рекультивацию (восстановление) начальных
природных условий, где они были нарушены. При этом необходимо
помнить, что природная среда в зоне вечной мерзлоты весьма
ранима, здесь значительно легче нарушить ее, чем
восстановить.
§ 6. Защита биотических сообществ
Защита растительного мира
Для сохранения численности и популяционно-видового
состава растений осуществляется комплекс природоохранных
мер, в число которых входят:
— борьба с лесными пожарами;
— защита растений от вредителей и болезней;
— полезащитное лесоразведение;
— повышение эффективности использования лесных
ресурсов;
— охрана отдельных видов растений и растительных
сообществ.
Борьба с лесными пожарами. В нашей стране уже
длительное время действует специальная служба
государственной лесной охраны, оснащенная современной техникой
обнаружения и тушения пожаров. Для этих целей используют
самолеты, вертолеты, мощные пожарные автоцистерны,
опрыскиватели, вездеходы, бульдозеры и т. д. Значительна роль
авиационной охраны, на ее долю приходится почти треть всех
обнаруженных и ликвидированных пожаров в лесах государ-
484
ственного фонда. Однако следует признать, что в последние
годы отлаженная система обнаружения и тушения очагов
лесных пожаров становится малоэффективной из-за
недостаточного финансирования.
В борьбе с лесными пожарами большую роль играют и
другие меры защиты, в частности создание противопожарных
барьеров-разрывов, специальных полос и др.
Главные усилия следует направлять на профилактику
пожаров. Подавляющее большинство лесных пожаров
происходит, как известно, из-за неосторожного или неумелого
обращения людей с огнем. Так, на европейской территории
страны почти 100% возгораний происходит по вине местного
населения (Государственный доклад..., 1997).
Причиной лесных пожаров, достигающих нередко
грандиозных масштабов и наносящих непоправимый
экологический урон и огромные экономические убытки, становятся, как
правило, незатушенные костры, брошенные горящие окурки
и спички, тлеющие пыжи, пламя из выхлопных труб и другие
неосторожные действия. В связи с этим важнейшее значение
имеют профилактические меры, особенно разъяснительная
работа среди населения. Люди, посещающие лес, должны знать
и неукоснительно соблюдать правила пожарной безопасности
в лесах. Этими правилами запрещается разводить костры в
пожароопасных местах (под кронами деревьев, на сухой
подстилке, на торфяных почвах) и в пожароопасный период,
оставлять непогашенные костры, бросать окурки и др.
Невыполнение законных требований органов
государственного контроля за использованием, воспроизводством и
охраной лесов влечет за собой административный штраф, а
умышленное повреждение или поджог леса относятся к тяжким
преступлениям.
Защита растений от вредителей и болезней. Среди
методов защиты растений от болезней и вредителей различают
профилактические и истребительные меры. Лучшие
результаты дают профилактические меры, а именно: надзор,
карантинная служба и различные лесохозяйственные мероприятия.
К истребительным (точнее, лечебно-истребительным)
относятся следующие методы:
— агротехнические (правильные севообороты, сортировка
485
и очистка семян, выведение и возделывание непоражаемых
сортов культурных растений, и др.);
— химические (использование специальных веществ,
токсичных для вредителей);
— биологические (основаны на уничтожении вредителей
хищными и паразитическими насекомыми — энтомофагами,
микроорганизмами, нематодами, насекомоядными птицами и
другими их естественными врагами).
По утверждению В. Г. Нестерова, «лучшие друзья леса,
истребители мельчайших и самых вредных насекомых,
скромнейшие птички с оперением серого цвета — обыкновенная
пищуха и обыкновенный поползень, а также обыкновенный
скворец, многочисленные синицы и певчий дрозд». Деятельность
насекомоядных птиц в очаге размножения лесных вредителей
позволяет схранить более 30% деревьев.
Один из перспективных биологических способов —
внедрение в природные популяции, численность видов которых надо
уменьшить, таких особей, которые не способны давать
потомство. По мнению А. В. Яблокова и С. А. Остроумова (1983),
этот генетический метод защиты в ряде случаев оказался
эффективным и заслуживает широкого распространения.
В отношении химического метода (глава 15) уже
обращалось внимание на его отрицательные стороны (загрязнение
пестицидами почвы и природных вод, накопление токсичных
веществ в продуктах питания и др.). В настоящее время во
многих странах мира ведутся работы по дальнейшему
развитию интегрального метода защиты растений, при котором
пестициды постепенно заменяются биологическими методами,
изыскиваются химические средства избирательного действия,
строго регламентируется применение пестицидов. Этот
сбалансированный комплекс защиты растений позволяет уже на
нынешней стадии разработки значительно сократить
использование токсичных веществ.
Полезащитное лесоразведение. Искусственно
выращенные лесные полосы, сформированные из быстрорастущих
биологически устойчивых пород для поддержания
биологического равновесия, создают по границам полей и севооборотов,
снаружи и внутри садов, на пастбищах и т. д.
Лесонасаждения положительно влияют на окружающую природную среду
486
способствуют защите сельскохозяйственных полей,
пастбищных трав, плодовых деревьев, кустарников, виноградников от
вымерзания, вредного действия ветров, пыльных бурь, засух
й суховеев.
Повышение эффективности использования лесных
ресурсов. В комплекс мероприятий данного назначения входят
перебазирование лесозаготовок и лесоперерабатывающих
предприятий в многолесные районы, ликвидация перерубов
в малолесных районах, сокращение потерь древесины при
сплаве и перевозках и др. Для сохранения численности и по-
пуляционно-видового состава лесов необходимо также
проведение в достаточных объемах лесовосстановительных
работ с целью восстановления лесов до стадии климакса,
улучшение их состава (рис. 20.13), дальнейшее развитие сети
лесных питомников и разработка методов выращивания леса на
специальных плантациях.
Охрана отдельных видов растений и растительных
сообществ. Обычно выделяют два аспекта, связанных с
охраной растительного мира: 1) охрана редких и исчезающих
видов флоры и 2) охрана основных растительных сообществ. К
Рис. 20.13. Березовая роща в листопадных лесах умеренной зоны
487
редким относят растительные виды, имеющие ограниченный
ареал и низкую численность. Правительственными
постановлениями взяты под защиту десятки редких видов растений. В
местах их произрастания строго запрещается сбор, выпас
скота, сенокошение и другие формы уничтожения растений и их
сообществ.
Очень важной задачей является сохранение в качестве
генофонда видового разнообразия растений. В случае, когда
исчерпаны все резервы сохранения видов растений, создают
специальные хранилища —генетические банки, где генофонд
видов сохраняется в виде семян.
Процесс создания банка клеток и тканей достаточно
сложен и включает в себя следующие операции: сбор пыльцы —
получение культуры клеток — развитие эмбрионов —
программное замораживание при температуре, равной -196 °С —
рекультивирование после оттаивания — регенерация растений.
Охрана животного мира
Действие «Закона о животном мире» (1995)
распространяется на регулирование, охрану и использование диких
животных, т. е. животных, находящихся в состоянии естественной
свободы. Охрана и использование одомашненных животных, а
также содержащихся в зоопарках, зоосадах, вольерах, на
зверофермах, регулируется другими законодательными актами.
Охрана и эксплуатация охотничьих животных, морских
зверей и промысловых рыб. Охрана диких животных в
нашей стране осуществляется с соблюдением принципов научно
обоснованного управления популяциями, сохранения видового
многообразия и генофонда. Под эксплуатацией диких живот-
ных следует понимать использование их для получения
различных ценных продуктов и сырья (мяса, меха, пуха, пантов и
другой продукции) и пользование ими в научных, культурно-
просветительских и иных целях.
Охрана и эксплуатация охотничьих животных должна
предусматривать разумную добычу, но не их истребление. Если
изъятие отдельных особей из популяции биологически
обоснованно, то оно не только не вредит популяции, но, наоборот,
способствует мобилизации ее экологического резерва, под ко-
488
торым понимают возможность повышения продуктивности
путем увеличения потомства и его выживаемости.
Объектом охотничьего хозяйства, как подчеркивает А. Г.
Банников и другие ученые, должна быть именно популяция
данного вида животных. Управлять же промыслом (охотой),
количественным и качественным составом популяций
необходимо в полном соответствии с возможностями того
биогеоценоза, в состав которого она входит. При соблюдении этих
принципов промысел и охота становятся действенной, активной
формой охраны животных и способствуют оздоровлению их
популяций.
Популяционно-видовой подход к охране и эксплуатации
охотничьих животных укоренился в нашей стране с начала
50-х гг. и в настоящее время является доминирующим.
Используя этот подход, очень важно определить минимальное число
особей, при котором сложились бы наиболее благоприятные
условия существования и развития популяции. Принимается,
что эффективная величина популяции для высших
позвоночных, обеспечивающая их надежное выживание, не должна быть
меньше нескольких сот особей, а для беспозвоночных —
несколько десятков тысяч особей. Чем меньше площадь
обитаемых мест, тем быстрее происходит исчезновение видов
(Макеева, 1991).
Помимо организованного промысла и охоты на
охотничьих угодьях, которые занимают в России огромные площади,
проводят биотехнические мероприятия. Их назначение:
сохранение и увеличение емкости охотничьих угодий, а также
увеличение численности и обогащение видов промысловых
животных.
Широко используется также акклиматизация животных,
т.е. вселение их в новые места обитания с целью обогащения
экосистем новыми полезными видами. Только в 60—70-е гг.
на территории бывшего СССР было расселено 262,5 тыс.
охотничьих зверей и птиц, относящихся к 35 видам, в том числе
129 зубров (рис. 20.14), 131 лось, 939 пятнистых оленей, 2600
благородных оленей, 439 соболей, около 6 тыс. речных бобров,
более 73 тыс. ондатр, 102 тыс. фазанов, более 3,5 тыс.
американских норок (Лаптев, 1975).
Наряду с акклиматизацией диких животных практикуется
489
иреакклиматизация, т. е. расселение животных в прежние
места обитания, где ранее они находились, но были истреблены.
Поскольку дикие животные составляют государственный
охотничий фонд, их использование регламентируется
правовыми нормами, в частности «Положением об охоте и
охотничьем хозяйстве». Охота с нарушением установленных правил
считается браконьерством. К сожалению, существующие меры по
охране охотничье-промысловых животных в нынешней
социально-экономической ситуации явно недостаточны. В лесах и
других местах обитания исчезают белки, зайцы, кабаны,
рябчики, куропатки и многие другие виды зверей и птиц. Их
незаконная добыча постоянно увеличивается, поэтому внимание к
охране охотничье-промысловых животных должно быть
значительно усилено.
Рис. 20.14. Зубр. В ряде заповедников имеются стада зубров
490
Охрана и эксплуатация морских зверей (тюленей, моржей,
морских котиков и др.) в России регламентируется лимитами,
сроками и районами добычи. Полностью запрещена добыча
дельфинов. Прекращен промысел китов. Трудности в охране
этого вида животных связаны с миграцией их через
государственные границы и обитанием многих из них в международных
водах.
Охрана и эксплуатация промысловых рыб основана также
на соблюдении популяционно-видового принципа. Так,
установлено, что вылов взрослых рыб (до определенного предела)
не только не приносит вреда всей популяции, но даже
способствует увеличению ее прироста.
Это положение не распространяется на такой варварский
способ добычи, как рыбная ловля дрифтерными сетями с
узкой ячейкой. Площадь огораживаемого сетями района может
превышать десятки квадратных километров, в сети попадают и
погибают сотни тысяч морских млекопитающих и миллионы
рыб, на которых не нацелен данный вид лова. ООН приняла
специальную резолюцию (1991), которая вводит мораторий на
любые виды широкомасштабной рыбной ловли дрифтерными
сетями в открытом море.
Рыболовство в нашей стране регламентируется
«Положением об охране рыбных запасов и регулировании
рыбоводства в водоемах». Специальная служба рыбоохраны
контролирует соблюдение законодательных актов, осуществляет
надзор за водоемами, предупреждает их загрязнение.
Нарушители правил рыбоводства привлекаются к юридической
ответственности.
Охрана путем разумной эксплуатации распространяется и
на другие промысловые и непромысловые виды животных,
однако экологические основы их охраны и эксплуатации
разработаны еще недостаточно, что неизбежно сказывается на
эффективности проводимых мероприятий. Нуждаются в
усилении охраны и разумной эксплуатации морские
промысловые беспозвоночные (устрицы, кальмары, осьминоги и др.),
насекомые-опылители (пчелы, шмели и др.), черепахи,
рыжие муравьи, ядовитые змеи, многие земноводные и среди
491
них в первую очередь — лягушки, все насекомоядные птицы
и т. д.
Как показал накопленный человечеством опыт, в природе
не существует абсолютно вредных и абсолютно полезных жи-
вотных. Все зависит от их численности, условий
существования и ряда других факторов. Это относится и к хищным
животным, исключая, может быть, волка. В России его численность
еще высока, а в последние годы наметилась тенденция даже к
ее увеличению, он наносит серьезный урон животноводству,
поэтому борьба с ним ведется любыми способами и во все
времена года. Однако, по мнению многих специалистов, не за
горами время, когда нам придется задуматься над тем, чтобы
этот хищник полностью не исчез с лица земли. При
правильном регулировании его численности волк как биологический
вид, бесспорно, достоин существования на нашей планете. К
тому же, являясь прекрасной биологической моделью
идеального приспособления организма к экстремальным условиям,
волк может стать ценнейшим генофондом для будущих
селекционных работ.
Красная книга
Красная книга содержит сведения о редких, исчезающих
или находящихся под угрозой исчезновения видов растений,
животных и других организмов с целью введения режима их
особой охраны и воспроизводства. Существует несколько
вариантов Красных книг: международная, федеральная и
республиканская (областная).
Международная Красная книга. Идея, составление и
издание этой книги принадлежит Международному союзу
охраны природы и природных ресурсов (МСОП). Этой
организацией выпущены тома: «Млекопитающие» (310 видов), «Птицы»
(320 видов), «Земноводные и пресмыкающиеся» (162 вида),
«Рыбы» (40 видов) и том о редких растениях. Международная
Красная книга не сброшюрована и любая страница (лист) может быть
заменена другой по мере получения новых данных.
В Международной Красной книге выделено пять видов рас-
492
теНий и животных в соответствии с классификацией, разрабо-
танной МСОП:
1. Ех — по-видимому, исчез.
2.Е — под угрозой исчезновения. Спасение вида невозмож-
но без проведения специальных мер по охране.
3. V — сокращающийся в численности. Этот уязвимый,
сокращающийся в численности вид пока еще встречается в
количествах, достаточных для выживания.
4. R — редкий. Прямая угроза выживанию отсутствует, но
из-за незначительной численности при неблагоприятных
условиях возможно сокращение численности и угроза
исчезновения.
5. Восстановленные виды. Ранее относились к категорям
Е, V или R, теперь благодаря мерам по охране и эксплуатации
восстановлены. Нуждаются в постоянном контроле.
Ежегодно в Международную Красную книгу вносятся
изменения и новые виды, нуждающиеся в особой заботе.
Красная книга России содержит разделы, аналогичные
Международной Красной книге. В книгу включены 562 вида
растений и 246 видов животных, в том числе уссурийский тигр,
белый медведь, пятнистый олень (аборигенная популяция)
(рис. 20.15), белобрюхий тюлень, журавли белый, черный и
маньчжурский, красноногий чибис, дальневосточный аист и др.
Редчайший на Земле сокол — белый кречет (рис. 20.16) также
взят под строгую охрану и занесен в Красную книгу. В давние
времена ловцам хищных птиц, уходящим по весне в далекую
северную глушь, к берегам холодного океана, наказывалось
строго принести к царскому двору Столько-то птиц «краплен-
ных да серых». И лишь о белых кречетах, покорявших
знатоков силой, ловкостью, отвагой, горделивым взглядом и
осанкой, говорилось: «Сколько Бог даст уловлено будет». Редкими
и тогда считались эти птицы (Орлов, 1991).
Информация по каждому виду, включенному в Красную
книгу, содержит краткое морфологическое описание с
указанием основных отличий от близкородственных видов, места
распространения или обитания, численность в природе и причины
493
Рис. 20.15. Пятнистый олень (аборигенная популяция)
Рис. 20.16. Белый кречет в полете (фото В. К. Орлова)
494
ее уменьшения, данные по биологии и экологии вида,
принятые и необходимые меры.
Решение о включении конкретного вида растения или
животных в Красную книгу (или исключение из нее) принимает
Межведомственная комиссия, представленная учеными и
специалистами различных министерств и ведомств.
Красные книги субъектов Федерации призваны
способствовать усилению охраны редких и исчезающих видов растений
и животных непосредственно в регионах. Согласно Закону «Об
охране окружающей среды (2002 г.) включение животного или
растения в Красную книгу означает повсеместное изъятие
данного вида из хозяйственного оборота и торговли. Закон
обязывает природопользователя принять меры по охране и
воспроизводству этих видов растений и животных.
Особо охраняемые природные территории
К наиболее эффективным формам охраны биотических
сообществ, а также всех природных экосистем следует отнести
государственную систему особо охраняемых природных
территорий.
Особо охраняемые природные территории (ООПТ) —
это участки суши или водной поверхности, которые в силу
своего природоохранного и иного значения, полностью или
частично изъяты из хозяйственного пользования и для которых
установлен режим особой охраны.
Особо охраняемые природные территории, закон о которых
был принят Государственной Думой 15 февраля 1995 г.,
предназначены для поддержания экологического баланса,
сохранения генетического разнообразия природных ресурсов,
наиболее полного отражения биогеоценотического разнообразия био-
мов страны, изучения эволюции экосистем и влияния на них
антропогенных факторов, а также для решения различных
хозяйственных и социальных задач.
Согласно закону «Об особо охраняемых природных
территориях» (1995)различают следующие основные категории
указанных территорий:
495
а) государственные природные заповедники, в том числе
биосферные;
б) национальные парки;
в) природные парки;
г) государственные природные заказники;
д) памятники природы;
е) дендрологические парки и ботанические сады.
Государственные природные заповедники — участки
территории, которые полностью изъяты из обычного
хозяйственного использования с целью сохранения в естественном
состоянии природного комплекса. По Ф. Р. Штильмарку, заповедник
есть территория, на которой люди сознательно и добровольно
прекращают всякую свою деятельность, всякое вмешательство
в природные процессы, чтобы сравнивать последствия такого
заповедания с освоенными землями.
В основу природно-заповедного дела положены следующие
основные принципы:
— создание в заповедниках, как своеобразных «эталонах»
природы, условий, необходимых для сохранения и развития всех
видов животных и растений;
— поддержание экологического равновесия ландшафтов путем
охраны природных экосистем;
— возможность изучать эволюцию природных экосистем как в
региональном, так и в более широком биогеографическом
плане; решать многие аутэкологические и синэкологические
вопросы;
— сеть заповедных объектов должна отображать широтно-ме-
ридиональные, а в горных регионах — высотные
закономерности распространения экосистем;
— включение в сферу деятельности заповедников социально-
экономических вопросов, связанных с удовлетворением
рекреационных, краеведческих и иных нужд населения (Бонда-
ренко и др., 1986).
Заповедники рассматривают и как природные комплексы,
изъятые из хозяйственного оборота, и как
научно-исследовательские учреждения, выполняющие научные, охранительные,
культурно-просветительские и иные функции.
496
В 2002 г. в России насчитывалось около 100
государственных природных заповедников общей площадью 33,7 млн га,
что составляет менее 2% всей территории России. Самые
крупные из них — Таймырский и Усть-Ленский, площадь каждого
из них превышает 1,5 млн га. Уникальны по разнообразию
растительного и животного мира нетронутые человеком уголки
природы в Тебердинском (рис. 20.17), Алтайском, Кроноцком
(Камчатка), Воронежском и других заповедниках нашей страны. Для
сглаживания влияния прилегающих территорий, особенно в
зонах с хорошо развитой инфраструктурой, вокруг заповедников
создают охранные зоны, где хозяйственная деятельность
ограничена.
Биосферные заповедники — входят в состав ряда
государственных природных заповедников и используются в
качестве фонового заповедно-эталонного объекта при изучении би-
сферных процессов. В мире в настоящее время создана
единая глобальная сеть из более чем 300 биосферных
заповедников (в России — 11), которые работают по согласованной
программе ЮНЕСКО и ведут постоянные наблюдения за
изменением природной среды под влиянием антропогенной
деятельности.
Рис. 20.17. Дикие кабаны в Тебердинском заповеднике
497
Природные национальные парки — одна из новых форм
охраны и использования природных экосистем. Национальные
парки — это относительно большие природные территории и
акватории, где обеспечивается выполнение трех основных
целей: экологической (поддержание экологического баланса и
сохранение природных экосистем), рекреационной (регулируемый
туризм и отдых людей) и научный (разработка и внедрение
методов сохранения природного комплекса в условиях массового
допуска посетителей). В национальных парках есть и зоны
хозяйственного использования.
К самым известным природным национальным паркам в
России относятся «Лосиный остров» (район Санкт-Петербурга),
«Сочинский», «Приэльбрусье», «Валдайский», «Русский Север»
и др. На 1 ноября 1997 г. в России насчитывалось 33
национальных парка общей площадью 66 451,4 км2, что составляет
0,39% от всей ее территории.
Природные парки — территории, отличающиеся особой
экологической и эстетической ценностью, с относительно мягким
охранным режимом и используемые преимущественно для
организованного отдыха населения. Природные парки —
некоммерческие организации, финансируемые за счет бюджетных
средств. По своей структуре они более просты, чем
национальные природные парки.
Самый крупный природный парк в России — «Русский лес»
в Подмосковье. Известны также природный парк «Тургояк» в
Челябинской области, на берегу прекрасного озера Тургояк; Ме-
зинский, Днепровский, Днепровско-Деснянский на Украине.
Заказники — территории, созданные на определенный срок
(в ряде случаев постоянно) для сохранения или восстановления
природных комплексов или их компонентов и поддержания
экологического баланса. По состоянию на 1 октября 1997 г. в
России насчитывалось более 1600 государственных природных
заказников общей площадью свыше 60 млн га.
В заказниках сохраняют и восстанавливают плотность
популяций одного или нескольких видов животных или
растений, а также природные ландшафты, водные объекты и др-
Существуют ландшафтные, лесные, ихтиологические, орни-
498
тологические и другие типы заказников. Например, в
Тихвинском районе Ленинградской области расположен заказник
«Венский лес», в котором под особую охрану взяты
девственные ельники, в то же время охота и туризм не запрещены.
После восстановления плотности популяции видов животных
и растений, природного ландшафта и т. д. заказники
закрываются.
Памятники природы — уникальные, невоспроизводимые
природные объекты, имеющие научную, экологическую,
культурную и эстетическую ценность (пещеры, небольшие
урочища, вековые деревья, скалы, водопады и др.) (рис. 20.18).
Иногда для сохранения ценнейших памятников природы вокруг
них создаются специальные заповедники. Например, для
сохранения красивейшего каскадного водопада Кивач на р. Су-
не (Карелия) создан заповедник «Кивач» площадью 102 км2.
На территории, где расположены памятники природы, а их в
России около 8 тысяч, запрещена любая деятельность,
нарушающая их сохранность.
Рис. 20.18. Скала «Братья» (Горный Алтай) — памятник природы
499
Дендрологические парки и ботанические сады —
природоохранные учреждения, в задачу которых входит создание
коллекции деревьев и кустарников с целью сохранения
биоразнообразия и обогащения растительного мира, а также в научных,
учебных и культурно-просветительных целях. В
дендрологических парках и ботанических садах осуществляются также
работы по интродукции и акклиматизации новых для данного
региона растений.
Режим особо охраняемых природных территорий
охраняется Законом. За нарушение режима законодательством
Российской Федерации установлена административная и
уголовная ответственность. Проведенные научные исследования и
накопленный мировой опыт использования статуса особо
охраняемых территорий — этой эффективной формы
сохранения природных экосистем, свидетельствуют о необходимости
значительного увеличения их площади в нашей стране в
ближайшие десятилетия.
§ 7. Защита окружающей среды от особых
видов воздействий
Защита от отходов производства и потребления
В данном разделе используются следующие основные
понятия:
утилизация (от лат. utilis — полезный) отходов —
извлечение из них и хозяйственное использование различных
полезных компонентов; утилизация промышленных отходов — их
использование в качестве вторичного сырья, топлива,
удобрений и т. п.;
реутилизация — повторная, иногда
многократно-последовательная переработка образовавшихся ранее отходов;
захоронение отходов — помещение их под землю в
специально созданные выемки, брошенные угольные шахты и др. с
500
целью исключения возможности их дальнейшего
использования и предотвращения попадания загрязняющих веществ в
окружающую среду;
детоксикация (обезвреживание) отходов — освобождение
их от вредных (токсичных) компонентов на
специализированных установках.
В настоящее время и по масштабам накопления и по
степени негативного воздействия на окружающую среду
экологической проблемой века становятся опасные отходы. Поэтому их
сбор, удаление, детоксикация, переработка и утилизация — одна
из главнейших задач инженерной защиты окружающей среды.
Важнейшей проблемой является защита среды обитания и от
обычных, т. е. нетоксичных отходов. На урбанизированных
территориях размещение отходов уже сейчас выходит на
первое место по своей значимости среди экологических проблем.
Решение этого вопроса регламентируется Законом РФ «Об
охране окружающей среды» (2002 г.) и Федеральным законом «Об
отходах производства и потребления» (1998 г.).
Рассмотрим, как в настоящее время осуществляют защиту
окружающей среды от твердых бытовых и промышленных, а
также от радиоактивных и диоксинсодержащих отходов.
Напомним, что меры борьбы с жидкими отходами (сточные воды)
и газообразными (газо-дымовые выбросы) рассматривались
нами в § 3 и 4 данной главы.
В отечественной и мировой практике наибольшее
распространение получили следующие методы переработки твердых
бытовых отходов (ТБО):
— строительство полигонов для захоронения и частичной
их переработки;
— сжигание отходов на мусоросжигательных заводах;
— компостирование (с получением ценного азотного
удобрения или биотоплива);
— ферментация (получение биогаза из животноводческих
стоков, и др.);
— предварительная сортировка, утилизация и реутилизация
ценных компонентов;
501
— пиролиз (высокомолекулярный нагрев без доступа
воздуха) ТБО при температуре 1700 °С.
По оценке ряда специалистов, на нынешней стадии
развития производства, которое в целом характеризуется
преобладанием ресурсопотребляющих технологий и огромным
накоплением отходов, наиболее приемлемым методом следует признать
строительство полигонов для организованного и
санкционированного хранения отходов и частичной их переработки (в
основном методом прямого сжигания). Конструктивные схемы
допускают высоту такого полигона до 60 м и послойное его
загружение с помощью бульдозеров, для чего устраивают
пологий внешний откос. При определенных условиях (инертность,
слабая токсичность) совместно с твердыми бытовыми
отходами могут складироваться и промышленные отходы. Особое
внимание обращают на гидроизоляцию полигонов, чтобы
исключить попадание загрязняющих веществ в подземные воды. Срок
полного обезвреживания отходов — 50—100 лет.
Одним из перспективных методов переработки твердых
бытовых пищевых отходов является их компостирование с
аэробным окислением органического вещества. Полученный компост
используют в сельском хозяйстве, а некомпостируемые
бытовые отходы поступают в специальные печи, где термически
разлагаются и превращаются в разные ценные продукты —
например в смолу.
Другой, менее распространенный метод переработки
твердых бытовых отходов (ТБО) — сжигание их на
мусоросжигательных заводах. На сегодняшний день в России работает
небольшое число таких заводов (Москва-2, Владивосток,
Сочи, Пятигорск, Мурманск и др.). На этих заводах спекание
отходов происходит при t = 800—850 °С. Вторая стадия
газовой очистки отсутствует, поэтому в золе отработанных
отходов отмечается повышенная концентрация диоксинов
(0,9 мкг/кг и более) (Национальный доклад..., 1991). С
каждого кубометра сжигаемых отходов в атмосферу
выбрасывается 3 кг ингредиентов (пыль, сажа, газы) и остается 23 кг
золы.
На ряде зарубежных мусоросжигательных заводах реали-
502
зуется более экологичная двухстадийная очистка отходящих
газов, в их составе регламентируется очистка более десяти
вредных компонентов, включая дибензодиоксин и дибензофураны
(на отечественных заводах — четыре компонента). Режим
сжигания предусматривает разложение отходов, в том числе
образующихся из пластмасс диоксинов при температуре 900—
1000 °С. До сжигания в обязательном порядке (в США,
например, это регламентируется законом) производится
предварительная сортировка твердых отходов, что на порядок снижает
содержание вредных веществ в газах и шлаках.
На заводах по пиролизуТБО при температуре 1700 °С
практически утилизируются все материальные и энергетические
компоненты, что резко снижает загрязнение окружающей
среды. Однако технологический процесс очень трудоемкий, по
существу, завод по пиролизу — это доменная печь.
К новейшим отечественным разработкам относится
технология комплексной переработки ТБО, предложенная НИИ
ресурсосбережения. Технология предусматривает
предварительную механизированную сортировку ТБО (извлечение черных и
цветных металлов, выделение части балластных компонентов —
стеклобоя, бытовых электробатареек, выделение текстильных
компонентов и др., для последующего их использования или
ликвидации).
Термообработка обогащенной и подсушенной фракции
мусора осуществляется при температуре до 1000 °С,
обогащенные шлаки перерабатываются и сжигаются в камни
строительного назначения, предусматривается двухстадийная
современная газоочистка.
Мусороперерабатывающий завод нового типа, работающий
по данной комбинированной технологии, дает.всего 15%
отходов.
И все же следует подчеркнуть, что и у нас в стране и за
рубежом основная масса твердых бытовых отходов (ТБО) из-
за нехватки полигонов вывозится в пригородные зоны и
выбрасывается на свалки. Экологическое состояние свалок явно
неудовлетворительное: отходы на них разлагаются, часто
загораются и отравляют воздух токсичными веществами, а дожде-
503
вые и талые воды, просачиваясь через толщу горных пород,
загрязняют грунтовые воды.
Складирование и захоронение отходов производится в
местах, определяемых решением органов местного
самоуправления по согласованию (а потенциально опасных и особо
токсичных отходов по разрешению) специально уполномоченных на
то государственных органов в области охраны окружающей
среды.
Основным направлением ликвидации и переработки
твердых промышленных отходов (ТПО) является захоронение их
на полигонах, сжигание, в частности, методом пиролиза и
складирование в поверхностных хранилищах (шламонакопители,
хвостохранилища и др.).
Токсичные твердые промышленные отходы
обезвреживают на специальных полигонах и сооружениях. Для
предотвращения загрязнения почв и подземных вод отходы подвергают
отверждению цементом, жидким стеклом, битумом,
обработке полимерными вяжущими и т. д.
Выбор земельных участков для захоронения производится
с соблюдением «Санитарных правил о порядке накопления,
транспортировки, обезвреживания и захоронения токсичных
промышленных отходов» и СНиП 2.01.28-85 «Полигоны по
обезвреживанию и захоронению токсичных промышленных
отходов». Полигоны запрещено размещать в сильно заболоченных
местах, на территориях зеленых зон городов, в зонах
санитарной охраны курортов, в зоне питания подземных источников
питьевой воды, в зонах активного карста, оползней, селевых
потоков, снежных лавин.
В случае особо токсичных промышленных отходов их
захоронение производят на специальных полигонах (рис. 20.19;
по С. В. Белову и др., 1991) в котлованах глубиной до 12 м в
специальной таре и рабочих железобетонных емкостях.
В стратегическом плане, по мнению многих ученых и
специалистов, проблема отходов должна решаться на месте их
образования путем внедрения ресурсовозобновляющих
технологий (РВТ), обеспечивающих минимизацию промвыбросов и
выхода отходов.
504
Рис. 20.19. Полигон «Красный бор» для переработки и захоронения
промышленных отходов
Концепция ресурсовозобновляющих технологий впервые
была предложена еще в 60-х гг. А. Нагорным. В настоящее
время в г. Запорожье (Украина) строится первый в мире завод
РВТ производительностью по ТБО 1000—1500 т/сут. РВТ
имеет узлы геохимической, физико-химической и биотехнологич-
ской обработки отходов. Вторичные ресурсы найдут
применение в качестве биотоплива, металлолома, стройматериалов и
т.д.
В развитие концепции РВТ А. Семенов и И. Максимов (1995)
предлагают создать экозащитные системы нового поколения —
многопрофильные комбинаты «Экополигон», способные
совместно перерабатывать все виды антропогенных отходов данного
города и региона. При этом более 80% отходов превращаются
во вторичные ресурсы и биосферные вещества,
восстанавливается качество окружающей среды путем санирования
(оздоровления) старых свалок и других мер.
505
По мнению авторов, данный вариант решения проблемы
отходов, в основе которого лежит теория трофо-энергетическо-
го функционирования экосистем и круговорота веществ,
позволяет:
— использовать экологически безопасные технологические
процессы;
— исключить прямое сжигание органических веществ;
— обеспечить совместимость конечных продуктов с
биосферой и включение их в круговорот веществ в природе;
— перекрыть затраты и издержки производства за счет
реализации вторичных ресурсов, отдельных видов
промышленной продукции, платы за отходы, предотвращения
ущерба окружающей среде.
Очень сложной и пока еще не решенной проблемой
является обезвреживание и захоронение радиоактивных и диоксино-
содержащих отходов. Общепризнано, что избавление
человечества от этих отходов — одна из самых острых экологических
проблем.
В нашей стране действуют несколько законодательных и
нормативно-правовых норм, определяющих использование,
хранение и захоронение радиоактивных отходов, в частности
нормы радиационной безопасности (НРБ-76/87). Правовые основы
обеспечения радиационной безопасности в России определены
в Федеральном законе «О радиационной безопасности
населения» (1995).
Наиболее разработанными методами утилизации
муниципальных радиоактивных отходов, т. е. отходов, не связанных
с деятельностью АЭС и военно-промышленного комплекса,
являются цементирование, остекловывание, битуминирование,
сжигание в керамических камерах и последующее
перемещение продуктов переработки в специальные хранилища
(«могильники»).
На специальных комбинатах и пунктах захоронения
радиоактивные отходы сжигают до минимальных размеров в
прессовочной камере. Полученные брикеты помещают в
пластиковые бочки, заливают цементным раствором и отправляют в хра-
506
нилиша («могильники»), врытые в землю на 5—10 м. По
другой технологии — их сжигают, превращают в пепел (золу),
упаковывают в бочки, цементируют и отправляют в хранилища.
Для утилизации жидких радиоактивных отходов
используют методы остекловывания, битуминирования и др. При ос-
текловывании при температуре 1250—1600 °С образуются
гранулированные стекла, которые также заковывают в цемент и в
бочки, а затем отправляют в хранилища. Однако, по мнению
многих специалистов, долговечность бочек-контейнеров
сомнительна.
Всего в России действуют около 20 спецкомбинатов и
пунктов захоронения муниципальных отходов. Один из них — НПО
«Радон», расположенный в 100 км от Москвы, перерабатывает
ежегодно 3000 м3 твердых и 350 м3 жидких радиоактивных
отходов (Кузнецова, 1995).
В 1993 г. проведена первая в стране инвентаризация мест
хранения и захоронения радиоактивных отходов и разработан
«Порядок осуществления экологического контроля за охраной
окружающей среды при производстве, использовании,
захоронении радиоактивных материалов».
Тем не менее практически все существующие способы
утилизации и захоронения радиоактивных отходов не решают
проблему кардинально и, как отмечает А. В. Яблоков (1995), не
видно приемлемых путей их решения. Особенно это касается
утилизации и захоронения радиоактивных отходов АЭСи
ядерных военных производств, и в первую очередь тех из них,
которые относят к категории особо опасных (высокоактивных). По
некоторым сведениям, их накопилось в мире более 1200 т и
объем их ежегодно увеличивается.
По данным на 2000 г. степень заполнения хранилищ
жидких радиоактивных отходов на АЭС в среднем по стране
составила 67%. Однако хранилища Белоярской АЭС заполнены на
96%, Кольской АЭС — на 84% и Смоленской АЭС — на 81%
(Кузнецов, 2004).
Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ)
считает предпочтительным захоронение радиоактивных
отходов в твердом и отвержденном виде, однако не исключает воз-
507
можности захоронения и жидких отходов путем перевода их в
геологические формации. Разработан метод захоронения особо
опасных радиоактивных отходов в подземные емкости
различных геологических формаций (массивы каменной соли,
скальных грунтов и др.) на глубину не менее 600 м. Однако этот
метод не является экологически безопасным и ученые ищут
другие, более приемлемые и надежные способы.
Научные коллективы Российского космического агентства
и ряд других под руководством Миннауки России
сформировали два основных направления локализации высокоактивных
радиоактивных отходов:
1. Удалить их навечно, без возможного возврата на
Землю, в космическое пространство, за пределы Солнечной
системы или на околосолнечные орбиты. Такую идею в свое время
выдвигали российские и американские ученые.
2. Ликвидировать физические радиоактивные изотопы,
произвести резкое ускорение их превращения, в первую очередь
долгоживущих, в стабильные, т. е. провести процесс
трансмутации. К таким изотопам относятся: нептуний-237, йод-129,
углерод-14, техниций-99, цезий-135, цирконий-93.
Эти направления, сформулированные Л. Катерняком в
работе «Избавит ли конверсия Землю от радиоактивных отходов?»
(1995) вызывают неоднозначную оценку. К тому же ст. 50
Закона РФ «Об охране окружающей среды» (1991) запрещалось
размещение радиоактивных отходов путем отправки их в
космическое пространство или затопления.
Активная борьба с другими весьма опасными диоксиносо-
держащими отходами ведется в США, Японии, странах
Западной Европы. По данным печати, в этих странах запрещено
использование нескольких десятков диоксинсодержащих веществ,
а также низкотемпературное сжигание мусора; изменяются
технологии, например производства бумаги, внедряется
повсеместный строжайший контроль за содержанием диоксинов в
промышленной продукции, отходах и продуктах.
Для борьбы с диоксинсодержащими отходами в нашей
стране важное значение имело принятие летом 1993 г. проекта
первого этапа федеральной программы «Защита окружающей сре-
508
дЫ и населения от диоксинов и диоксиноподобных токсикан-
т0в». В настоящее время в Российской Федерации утверждены
нормы предельно допустимых концентраций для диоксинов —
0,5 пг/м3 (в пересчете на 2, 3, 7, 8 — ТХДД). Разработаны и
внедрены (на водопроводах Уфы и Москвы) технологии
очистки воды от диоксинов сорбцией на гранулированных активных
углях (ГАУ).
Проблема борьбы с диоксинами осложняется отсутствием
в достаточном количестве современной аналитической
аппаратуры, малым числом специальных лабораторий,
недостаточной обученностью персонала, высокой стоимостью приборов
зарубежных фирм и т. д.
Решение весьма сложной проблемы защиты окружающей
среды от радиоактивных, диоксинсодержащих и других
опасных отходов требует дальнейшей концентрации усилий
специалистов разного профиля и огромных капиталовложений.
Защита от шумового воздействия
Как и все другие виды антропогенных воздействий,
проблема загрязнения среды шумом имеет международный
характер. Всемирная организация здравоохранения, учитывая
глобальный характер шумового загрязнения окружающей среды,
разработала долгосрочную программу по снижению шума в
городах и населенных пунктах мира.
В России защита от шумового воздействия,
регламентируется Законом Российской Федерации «Об охране
окружающей среды» (2002) (ст. 55), а также постановлениями
правительства о мерах по снижению шума на промышленных
предприятиях, в городах и других населенных пунктах.
Защита от шумового воздействия — очень сложная
проблема и для ее решения необходим комплекс мер:
законодательных, технико-технологических, градостроительных,
архитектурно-планировочных, организационных и др.
Для защиты населения от вредного влияния шума
нормативно-законодательными актами регламентируется его интен-
509
сивность, время действия и другие параметры. Госстандартом
установлены единые санитарно-гигиенические нормы и
правила по ограничению шума на предприятиях, в городах и других
населенных пунктах. В основу норм положены такие уровни
шумового воздействия, действие которых в течение
длительного времени не вызывает неблагоприятных изменений в
организме человека, а именно: 40 дБ днем и 30 — ночью.
Допустимые уровни транспортного шума установлены в пределах 84—-
92 дБ и со временем будут снижаться.
Технико-технологические меры сводятся к шумозащите, под
которой понимают комплексные технические меры по
снижению шума на производстве (установка звукоизолирующих
кожухов станков, звукопоглощение и др.), на транспорте
(глушители выбросов, замена колодочных тормозов на дисковые, шу-
мопоглощающий асфальт и др.).
На градостроительном уровне защита от шумового
воздействия может быть достигнута следующими
мероприятиями (Швецов, 1994):
— зонированием с выносом источников шумов за пределы
застройки;
— организацией транспортной сети, исключающей
прохождение шумных магистралей через районы жилой
застройки;
— удалением источников шума и устройством защитных
зон вокруг и вдоль источников шумового воздействия и
организация зеленых насаждений;
— прокладкой магистралей в туннелях, устройством шу-
мозащитных насыпей и других поглощающих шум
препятствий на путях распространения шума (экраны,
выемки, ковал ьеры);
Архитектурно-планировочные меры предусматривают
создание шумозащитных зданий, т.е. таких зданий, которые
обеспечивают помещениям нормальный акустический режим с
помощью конструктивных, инженерных и других мер
(герметизация окон, двойные двери с тамбуром, облицовка стен
звукопоглощающими материалами и др.).
510
Определенный вклад в защиту среды от шумового
воздействия вносит запрещение звуковых сигналов автотранспорта,
авиаполетов над городом, ограничение (или запрещение)
взлетов и посадок самолетов в ночное время и другие
организационный е меры.
Однако указанные меры вряд ли дадут должный
экологический эффект, если не будет понято главное: защита от
шумового воздействия — проблема не только техническая, но и
социальная. Необходимо воспитывать звуковую культуру (Бон-
даренко, 1985) и осознанно не допускать действий, которые
способствовали бы возрастанию шумового загрязнения среды.
Защита от электромагнитных полей и излучений
Защита от электромагнитных полей и излучений в
нашей стране регламентируется Законом РФ «Об охране
окружающей среды» (2002 г.), а также рядом нормативных
документов («Временные санитарные нормы и правила защиты
населения от воздействия электромагнитных полей, создаваемых ра-
диотехническми объектами» — ВСН 2963-84) и др.
Основной способ защиты населения от возможного
вредного воздействия электромагнитных полей от линий
электропередач — создание охранных зон шириной от 15 до 30 м в
зависимости от напряжения ЛЭП. Данная мера требует
отчуждения больших территорий и исключения их из пользования в
некоторых видах хозяйственной деятельности.
Уровень напряженности электромагнитных полей
снижают также с помощью устройства различных экранов, в том числе
из зеленых насаждений, выбора геометрических параметров
ЛЭП, заземления тросов и других мероприятий. В стадии
разработки находятся проекты замены воздушных линий ЛЭП на
кабельные и подземной прокладки высоковольтных линий.
Для защиты населения от неионизирующих
электромагнитных излучений, создаваемых радиотелевизионными
средствами связи и радиолокаторами, также используется метод
защиты расстоянием. С этой целью устраивают санитарно-защит-
ную зону, размеры которой должны обеспечить предельно до-
511
пустимый уровень напряженности поля в населенных местах.
Коротковолновые радиостанции большой мощности (свыше
100 кВт) размещают вдали от жилой застройки, вне пределов
населенного пункта.
Концепция нормирования электромагнитных полей и
излучений предусматривает (Государственный доклад..., 1995):
— выработку единой системы нормативных значений
предельно допустимых уровней электромагнитных полей и
излучений;
— защиту природных ресурсов от потерь, обусловленных
действием этих полей на различные компоненты
природной среды;
— предотвращение значительных функциональных
нарушений экосистем в результате прямого или косвенного
воздействия полей на те или иные компоненты этих систем.
Некоторые экологи считают, что в интересах охраны
здоровья человека полезно продумать не только меры защиты
живых систем от антропогенных электромагнитных полей, но и
возможности практического использования защитных свойств
самих экосистем.
Защита от биологического воздействия
Предупреждение, своевременное выявление, локализация
и устранение биологического загрязнения достигается
комплексными мерами, связанными с противоэпидемической защитой
населения. В число мер входят санитарная охрана территории,
введение в необходимых случаях карантина, постоянный эпид-
надзор за циркуляцией вирусов, эколого-эпидемиологические
наблюдения, слежение и контроль за очагами опасных
вирусных инфекций.
С позиции биобезопасности существенно важно также
предварительное обоснование и прогнозирование возможных
последствий, в частности интродукции и акклиматизации новых для
данной территории видов растений и животных. В этом
отношении есть положительные примеры. Например, восстановле-
512
ние популяции соболя в таежной зоне, популяций зубра в
центре европейской части России и на Кавказе, и др. Менее
предсказуемы экологические и генетические последствия
непреднамеренной интродукции. К примеру, по официальным
данным Карантинной службы бывшего СССР, в результате
экспертизы 1 млн импортных растительных грузов в них было
обнаружено около 600 видов потенциальных возбудителей
болезней (вирусов, бактерий, грибов) и более 1000 видов
различных насекомых (в основном вредителей).
Закон РФ «Об охране окружающей среды» (2002) требует
строгого соблюдения нормативов предельно допустимой
концентрации в природной среде микробов, грибков, вирусов и
иных видов микроорганизмов и биологических веществ. Этим
же законом запрещается применение и разведение
биологических объектов, не свойственных природе соответствующего
региона, а также полученных искусственным путем, без
разработки мер предотвращения их неконтролируемого
размножения. В организационном плане требуются срочные меры по
организации в России вирусологической службы.
Важное значение для обеспечения биобезопасности и
сохранения биоразнообразия имеют также профилактические
меры по недопущению переноса генетической информации от
домашних форм к диким видам и сокращению риска
генетического загрязнения генофонда редких и исчезающих видов.
Согласно «Экологической доктрине Российской Федерации»
<2002 г.) для предотвращения террористических актов,
вызывающих ухудшение экологической обстановки и деградацию
природной среды необходимы:
— предотвращение организации диверсий и техногенных
аварий с экологическими последствиями на
потенциально опасных объектах;
— предотвращение применения химических веществ,
вызывающих деградацию природной среды;
— предотвращение преднамеренных пожаров и палов,
вызывающих уничтожение природных экосистем и агроэко-
систем;
513
— предотвращение ввоза и распространения видов живых
организмов, вызывающих нарушения в экосистемах,
вредителей, переносчиков и возбудителей заболеваний;
— создание систем оповещения и ликвидация последствий
экологического терроризма.
Контрольные вопросы
/. Охарактеризуйте существующие методы пылегазоо-
чистки.
2. В чем суть оборотного водоснабжения?
3. Каким образом очищают сточные воды? Назовите
метод, который является завершающим в системах
очистки сточных вод.
4. Что такое зоны санитарной охраны (ЗСО)?
5. Как предотвращают истощение запасов пресных
подземных вод?
6. Как защищают почвы от эрозии и заболачивания,
загрязнения и вторичного засоления?
7. Что вы знаете об очагах беспестицидного
земледелия?
8. Какие экологические принципы положены в основу
рационального использования недр?
9. Что такое рекультивация земель?
10. В чем заключается стратегическая линия защиты и
рационального использования оползневых, селевых, за-
к;арстованных и других массивов горных пород?
11. Как сохраняют численность и популяционно-видовой
состав растений?
12. При соблюдении каких принципов промысел и охота
становятся активной формой охраны животных и
способствует оздоровлению их популяций?
514
13. Что означает включение видов животных или
растений в Красную книгу?
14. Как перерабатывают твердые бытовые и
промышленные отходы?
15. Что такое особо охраняемые природные территории
(ООПТ)? Объясните разницу между их основными
категориями.
16. Расскажите, какая борьба ведется с особо опасными
радиоактивными и диоксинсодержащими отходами.
17. Назовите комплекс мер для защиты от шумового
воздействия.
18. В чем суть основного метода защиты от
электромагнитных полей и излучений?
19. Как защищают население и биотические сообщества
от биологического загрязнения?
ГЛАВА 21
ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРАВА
Право — единая система общеобязательных правил (норм),
которые установлены или санкционированы государством.
Соблюдение норм права обеспечивается государством в
принудительном порядке.
Экологическое право — это отрасль права, которая
регулирует общественные отношения в сфере взаимодействия
общества и природы. Экологическое право является важным
инструментом, используемым государством в интересах сохранения и
рационального использования окружающей среды. В связи с
резким обострением экологических проблем на современном этапе
развития общества роль экологического права и в целом
административно-правового направления постоянно растет.
§ 1. Источники эколбгического права
Источниками экологического права являются следующие
правовые документы: 1) Конституция; 2) законы и кодексы в
области охраны природы; 3) Указы и распоряжения Президента по
вопросам экологии и природопользования; правительственные
природоохранные акты; 4) нормативные акты министерств и ведомств;
5) нормативные решения органов местного самоуправления.
1. Конституционные основы охраны окружающей среды
закреплены в Конституции Российской Федерации, принятой 12
декабря 1993 г. Конституция провозглашает право граждан на
землю и другие природные ресурсы, закрепляет право каждого
человека на благоприятную окружающую среду (экологическую
безопасность) и на возмещение ущерба, причиненного его
здоровью. Она также определяет организационные и контрольные
функции высших и местных органов власти по рациональному
516
использованию и охране природных ресурсов, устанавливает
обязанности граждан по отношению к природе, охране ее богатств.
2. Законы и кодексы в области охраны окружающей среды
составляют природоресурсную правовую основу. В их число
входят Законы о земле, недрах, охране атмосферного воздуха, об
охране и использовании животного мира и др.
Систему экологического законодательства возглавляет
Федеральный Закон Российской Федерации «Об охране
окружающей среды» от 10 января 2002 г. №7 ФЗ. В вопросах охраны
природной среды нормы других законов не должны
противоречить Конституции России и данному законодательному акту.
В этом главном Федеральном законе отражены следующие
вопросы в области охраны окружающей среды:
— общие положения (гл. I);
— основы управления в области охраны окружающей
среды (гл. II);
— права и обязанности граждан, общественных и иных
некоммерческих организаций (гл. III);
— экономическое регулирование (гл. IV);
— нормирование (гл. V);
— оценка воздействий на окружающую среду и
экологическая экспертиза (гл. VI);
— требования в области охраны окружающей среды при
осуществлении хозяйственной и иной деятельности (гл. VII);
— зоны экологического бедствия, зоны чрезвычайных
ситуаций (гл. VIII);
— природные объекты, находящиеся под особой охраной
(гл. IX);
— государственный мониторинг окружающей среды (гл. X);
— контроль в области охраны окружающей среды
(экологический контроль) (гл. XI);
— научные исследования (гл. XII);
— основы формирования экологической культуры (гл. XIII);
— ответственность за нарушение законодательства (гл. XIV);
— международное сотрудничество (гл. XV);
— заключительные положения (гл. XVI).
517
Действующий ныне Федеральный закон «Об охране
окружающей среды» (2002) значительно расширяет полномочия
государственной власти субъектов Российской Федерации и органов
местного самоуправления в сфере отношений, связанных с
охраной окружающей среды. В частности, субъектам Федерации
предоставлено право разрабатывать и издавать законы и иные
нормативные акты в области охраны окружающей среды с учетом
географических, природных, социально-экономических и иных
особенностей, ограничивать и (или) запрещать хозяйственную и иную
антиэкологическую деятельность на своих территориях и др.
Земельный кодекс Российской Федерации (2001)
регламентирует охрану земель и защиту окружающей среды от
возможного вредного воздействия при использовании земли.
Основные правовые функции охраны земель: сохранение и
повышение плодородия почв, сохранение фонда сельскохозяйственных
земель. Экологическими нарушениями считаются порча,
загрязнение, засорение и истощение земель. Кодекс
регламентирует куплю-продажу земель и совершение других
земельных сделок.
Водный кодекс Российской Федерации (1995 г.) регулирует
правовые отношения в области рационального использования
и охраны водных объектов, устанавливает ответственность за
нарушение водного законодательства. Правовые нормы
направлены на охрану вод от загрязнения, засорения и истощения.
Лесной кодекс Российской Федерации (1997) закрепляет
требования, предъявляемые к ведению лесного хозяйства.
Основные правовые нормы направлены на использование леса как
природного ресурса, воспроизводстве» лесов, охрану и защиту
лесов и т.д.
Правовые основы охраны атмосферного воздуха отражены
в Законе РФ об охране окружающей среды (2002), а также в
Законе «Об охране атмосферного воздуха» (1999).
Важнейшими общими мероприятиями охраны воздушного бассейна
являются установление нормативов предельно допустимых
вредных воздействий (ПДК) и платы за выбросы в атмосферу
загрязняющих веществ.
Закон Российской Федерации «О радиационной безопасно-
518
Ctnu населения» (1995) провозглашает принцип приоритета
здоровья человека и окружающей среды при практическом
использовании и эксплуатации объектов ионизирующих излучений.
Правовая защита людей, вовлеченных в сферу использования
ядерных и радиационных установок, радиоактивных веществ и
др., гарантируется данным Законом.
В случае радиационной аварии Закон гарантирует
возмещение ущерба здоровью и имуществу граждан, Законом
устанавливается также компенсация за повышенный риск, связанный
с проживанием вблизи ядерных и радиационных установок, в
виде улучшения социально-бытовых условий населения и др.
Закон Российской Федерации «О недрах» (1992)
устанавливает правовые отношения при изучении, использовании и
охране недр. К числу эколого-правовых нарушений,
затрагивающих недра как часть природной среды, Закон в первую очередь
относит их загрязнение.
Закон Российской Федерации «О животном мире» (1995). В
нем содержатся эколого-правовые и административные нормы
с учетом новых экономических отношений. Согласно закону к
эколого-правовым нарушениям отнесены: незаконный лов
рыбы, уничтожение редких и исчезающих животных и др.
Закон Российской Федерации «Об отходах производства и
потребления» (1998) определяет правовые основы обращения с
отходами производства и потребления в целях
предотвращения их вредного воздействия на здоровье человека и
окружающую среду.
Важнейшие экологические требования были отражены
также в законе РФ «О санитарно-эпидемиологическом
благополучии населения» (1999), «Основах законодательства Российской
Федерации об охране здоровья» (1993) и др.
Задачей на перспективу является написание
Экологического кодекса Российской Федерации, который будет
представлять собой кодификацию всего законодательства в области
охраны окружающей среды и природопользования и смог бы
регулировать не только природоохранные проблемы, но и
скорректировал все законы, касающиеся природопользования
(Грачев В. А., Кудрина И. В., 2003).
519
3. Указы и распоряжения Президента, а также Поста,
новления Правительства затрагивают широкий круг
экологических вопросов. Примером могут служить Указ от 16 декабря
1993 г. о федеральных природных ресурсах или Указ от 1
апреля 1996 г. о концепции перехода Российской Федерации к
устойчивому развитию.
4. Нормативные акты природоохранных министерств и
ведомств издаются по самым разнообразным вопросам
рационального использования и охраны окружающей среды в виде
постановлений, инструкций, приказов и т. д. Они считаются
обязательными для других министерств и ведомств,
физических и юридических лиц.
5. Нормативные решения местных административных
органов (мэрий, сельских и поселковых органов) дополняют и
конкретизируют действующие нормативно-правовые акты в
области охраны окружающей среды.
§ 2. Государственные органы охраны
окружающей среды
Государственные органы управления, контроля и надзора в
области охраны окружающей среды подразделяются на две
категории: органы общей и специальной компетенции.
К государственным органам общей компетенции
относятся Президент, Федеральное Собрание, Государственная
Дума, Правительство, представительные и исполнительные
органы власти субъектов Федерации, муниципальные органы.
Эти органы определяют основные направления
природоохранной политики, утверждают экологические программы,
обеспечивают экологическую безопасность, устанавливают правовые
основы и нормы в пределах своей компетенции, и т. д. Наряду
с охраной окружающей среды государственные органы этой
категории ведают и другими экологическими вопросами,
входящих в круг их полномочий.
Государственные органы категории специальной компетен-
520
цяи подразделяются на комплексные, отраслевые и
функциональные.
Комплексные органы выполняют все природоохранные
задачи или какой-либо их блок. До 2000 г. функции управления
природопользованием и охраны окружающей среды выполняли
Государственный комитет РФ по охране окружающей среды
(Госкомэкологии России) и Министерство природных ресурсов РФ
(МПР России) и другие ведомства. Указом Президента РФ от
17 мая 2000 г. Государственный комитет РФ по охране
окружающей среды был упразднен и его функции переданы
Министерству природных ресурсов РФ.
К комплексным органам управления относятся также:
— Департамент Госсанэпиднадзора Минздрава РФ (Сан-
эпиднадзор РФ) — координатор деятельности всех
ведомств и организаций в области санитарной охраны
через систему территориальных органов (санэпидстанций
и инспекций);
— Федеральная служба России по гидрометеорологии и
мониторингу окружающей среды (Росгидромет) —
осуществляет экологический контроль за состоянием
окружающей среды, информирует население об изменениях в
окружающей среде с помощью широкой сети
наблюдательных пунктов и др.;
— Министерство РФ по делам гражданской обороны,
чрезвычайных ситуаций и ликвидации последствий
стихийных бедствий (МЧС России) — обеспечивает безопасность
людей в условиях экстремальной ситуации, стихийных
бедствий, производственных аварий и катастроф.
Отраслевые органы (Роскомзем, Рослесхоз, Госкомрыбо-
ловство, Минсельхоз России) выполняют функции управления
и надзора по охране и использованию отдельных видов
природных ресурсов и объектов
Функциональные органы выполняют одну или несколько
родственных функций в отношении природных объектов:
Минатом России (обеспечение ядерной и радиационной
безопасности); Минздрав России (санитарно-эпидемиологический
контроль) МВД России (охрана атмосферного воздуха от загрязне-
521
ния транспортными средствами, санитарно-экологическая служ~
ба муниципальной милиции).
Процесс реорганизации государственных органов
управления, контроля и надзора в области охраны окружающей среды
продолжает совершенствоваться.
Так, 22 июля 2004 г. принято Постановление
Правительства РФ о создании новой структуры — Федеральной службы
по экологическому, технологическому и атомному надзору (Рос-
технадзор). Таким образом, начиная с 2004 г. в структуру
руководящих исполнительных органов государственной власти в
области охраны окружающей среды входят Министерство
природных ресурсов Российской Федерации (МПР России) и Рос-
технадзор.
МПР России координирует деятельность федеральных
служб лесного хозяйства, водных ресурсов, по
недропользованию и др.
Ростехнадзор наделен широкими полномочиями в области
контроля и надзора, в частности, организует и проводит
государственную экологическую экспертизу, выдает разрешения на
выбросы и сбросы загрязняющих веществ, устанавливает
лимиты на размещение отходов, осуществляет лицензирование
деятельности по переработке, хранению и транспортировке по
магистральным трубопроводам нефти, газа и т.д.
§ 3. Экологическая стандартизация
и паспортизация
Общие положения экологического законодательства России
конкретизируются в государственных стандартах (ГОСТ),
которые, так же как постановления, инструкции и решения,
относятся к подзаконным правовым актам.
Стандарт (от англ. standart — норма) —
нормативно-технический документ, устанавливающий комплекс норм, правил,
требований, обязательных для исполнения. Генеральным
стандартом для природоохранной деятельности является ГОСТ
17.0.0.01-76 «Система стандартов в области охраны природы и
522
улучшения использования природных ресурсов», введеный в
действие в 1977 г.
Система стандартов в области охраны природы (ССОП)
имеет следующие подсистемы (группы): 0 — основные
положения; 1 — гидросфера; 2 — атмосфера; 3 — почвы; 4 —
земли; 5 — флора; 6 — фауна; 7 — недра.
По направлениям действия государственные стандарты
системы охраны природы подразделяются на следующие виды:
1 — термины, классификации, определения; 2 — нормы и
методы измерений загрязняющих выбросов и сбросов,
интенсивность использования природных ресурсов; 3 — правила
охраны природы и рационального использования природных
ресурсов; 4 — методы определения параметров состояния
природных объектов и интенсивности хозяйственного
воздействия; 5—6 — требования к средствам контроля и защиты
окружающей среды; 7 — прочие стандарты.
В полное обозначение стандарта СООП входят индекс
(ГОСТ), номер системы (17), номер стандарта и год издания.
Так например, если требуется выяснить, какие существуют
нормы и методы измерения выбросов вредных веществ в
отработавших газах тракторных и комбайновых двигателей, то
следует обратиться к ГОСТ 17.2.2.05-86.
В данном примере «17» обозначает номер системы, 2 — номер
подсистемы (группы) — атмосферу, 2 — вид стандарта — нормы
и методы измерений, 05 — номер стандарта и 86 — год издания.
Экологическая паспортизация. В соответствии с ГОСТ
17.0.0.04-90 каждое предприятие в обязательном порядке
разрабатывает экологический паспорт. Цель паспортизации —
прогноз экологической ситуации как на самом предприятии, так и
вокруг него, а также контроль за выполнением
природоохранных мероприятий.
В экологический паспорт включаются фактические данные об
использовании предприятием природных ресурсов и о
воздействии его производства на окружающую природную среду.
Отдельно в виде справки с указанием времени, объемов и составов в
экологическом паспорте должны быть приведены данные о
залповых и аварийных выбросах (сливах) загрязняющих веществ.
523
Все виды экологических паспортов разрабатываются пред-
приятием и утверждаются его руководителем по согласованию
с территориальным органом Госкомэкологии России, где он
регистрируется. При отсутствии экологического паспорта
предприятие лишается права на природопользование и
хозяйственную деятельность либо подвергается крупному штрафу.
Современная экологическая ситуация в стране требует
ужесточения действующих и разработки новых экологических норм
и правил с закреплением их в государственных стандартах и
экологических паспортах предприятий. Все более
настоятельной является необходимость экологической паспортизации не
только отдельных предприятий, но и всей территории города.
Это позволит давать интегральную оценку экологического
состояния всего города, или любой территории, выявить
экологически опасные участки, оценить степень их влияния на
жизнедеятельность населения.
§ 4. Экологическая экспертиза и оценка
воздействия на окружающую среду (ОВОС)
Правовой механизм управления природопользованием и
охраной окружающей среды включает в себя и такую важную
форму предупредительного экологического контроля, как
экспертизу. Различают государственную, общественную и иные
виды экологических экспертиз.
Под государственной экологической экспертизой
понимают предварительную проверку представленных материалов
специальной комиссией, назначаемой Ростехнадзором при
Министерстве природных ресурсов РФ. Задача экспертной
комиссии — оценить соответствие намечаемой хозяйственной и иной
деятельности требованиям экологической безопасности.
Объектами государственной экологической экспертизы
являются любые проектные и пред проектные документы, новая
техника и технология, продукция, сырье и материалы,
вещества, а также проекты стандартов и нормативов.
Федеральным законом «Об экологической экспертизе» (1995)
установлены следующие принципы государственной экологй-
524
ческой экспертизы: обязательность ее проведения, научная
обоснованность выводов, независимость и вневедомственность —
широкая гласность, привлечение общественности, а главное,
презумпция потенциальной экологической опасности любой
намечаемой хозяйственной и иной деятельности.
Государственная экологическая экспертиза, как правило,
предшествует принятию хозяйственного решения. Это
позволяет еще на стадии планирования и проектирования выявить
допущенные ошибки, оценить их последствия и дать рекомендации
по их устранению. Финансирование работ по всем проектам и
программам открывается только при наличии положительного
заключения государственной экологической экспертизы.
Кроме государственной существуют и другие виды
экспертиз — общественная, научная и др., которые проводятся
обычно на добровольной основе и носят рекомендательный или
информационный характер.
Правовой основой экологической экспертизы служит
Федеральный закон «Об экологической экспертизе» (1995), а
также постановления, указы и другие природоохранные акты.
Нормативной базой являются стандарты, нормы, правила и т. д.,
обобщенные в специальных справочниках для экспертов.
Об эффективности государственной экологической
экспертизы свидетельствует тот факт, что только в 1997 г. из 55 тыс.
рассмотренных материалов отклонено и отправлено на
доработку около 15 тыс. (Государственный доклад..., 1997).
Экологическая экспертиза становится одной из важных
функций государственной экологической политики. Сейчас уже
невозможно представить превентивное правовое регулирование
хозяйственной деятельности без экологической экспертизы,
нацеленной на снижение экологического риска при принятии
решений. Еще более глубоким и объемным вариантом
проведения экологической экспертизы в последние годы служит
оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС).
ОВОС проводят при разработке всех вариантов предпроект-
ной и проектной докумектации. Процедура ОВОС
предшествует проведению государственной экологической экспертизы и
выполняется для предварительной оценки прямого или косвен-
525
ного воздействия, которое может оказать хозяйственная или
иная деятельность на окружающую среду. Организует и
обеспечивает ОВОС заказчик проекта, привлекая для этих целей
компетентные организации и специалистов. В полном объеме
ОВОС проводится для крупных экологически опасных
объектов (АЭС мощностью более 300 мегаватт,
нефтеочистительные заводы, тепловые электростанции и др.).
Перед началом проектирования и проведения ОВОС
заказчик готовит «Уведомление о намерениях». Итогом ОВОС
служит официальное «Заявление о воздействиях на окружающую
среду». Результаты ОВОС являются составной частью раздела
«Охрана окружающей среды» в проектной документации.
§ 5. Экологический менеджмент, аудит
и сертификация
Экологический менеджмент определяют как комплексную
разностороннюю деятельность, направленную на эффективную
реализацию экологических проектов и программ.
На конференции ООН в Рио-де-Жанейро (1992)
подчеркивалось, что «экологический менеджмент следует относить
к ключевой доминанте устойчивого развития и, одновременно,
к высшим приоритетам промышленной деятельности и
предпринимательства». Система экологического менеджмента
входит в число основных предметов международных стандартов
ISO 14000, определяющих экологическую политику в системе
управления качеством охраны среды,
В связи с ужесточением экологического законодательства
в странах рыночной экономики в начале 70-х гг. XX в. получил
развитие новый элемент управления природопользованием —
экологический аудит.
Экологический аудит (экоаудит) — это независимая
комплексная проверка (ревизия) соответствия деятельности
предприятия природоохранным нормам и правилам и оценка
эффективности существующей системы управления охраной
окружающей среды с подготовкой конкретных природоохранных
рекомендаций.
526
Экоаудит носит комплексный характер, он сочетает в себе
административные и экономические признаки, коммерческую
(рыночную) направленность и полные информационные
материалы об аудируемом объекте. Экоаудит проводится по
инициативе самих предприятий (на коммерческой основе) и
представляет собой специфическую форму производственного
экологического контроля. В состав экоаудита входят анализ бухучета
предприятия по экологическим показателям, прогноз
экологических рисков и ущербов, инструментальные измерения
различных экологических параметров аудируемого объекта и
окружающей среды, разработка конкретных природоохранных
рекомендаций и др.
Руководящие указания по экоаудиту, процедуры аудита и
квалификационные критерии для аудиторов в области экологии
регламентированы ГОСТ Р ИСО 14010-98, ГОСТ Р ИСО 14011-98
и ГОСТ Р ИСО 14012-98. Дальнейшее внедрение экоаудита в
практику экологического управления будет способствовать
продвижению к более эффективной и экологически безопасной
экономике.
Неотъемлемым элементом механизма управления является
экологическая сертификация, т.е. деятельность по
подтверждению соответствия объекта природоохранным требованиям,
установленным соответствующими нормативно-правовыми
документами. Экологическая сертификация может быть
обязательной и добровольной. Правовые основы сертификации в
Российской Федерации изложены в Законе РФ «О
сертификации продукции и услуг». В 1997 г. Госэкологией России
утверждены основные положения Федеральной системы
обязательной экологической сертификации (ФСОЭС).
Объектами обязательной экологической сертификации
являются новая техника, в том числе и оборонной
промышленности, отходы производства и потребления, различные
строительные материалы и изделия и т.п.
Экологические сертификаты выдаются на срок до пяти лет.
527
§ 6. Понятие об экологическом риске
В последние годы в России приоритеты в природоохранной
политике, основанные на учете ПДК и других норм и
нормативных воздействий на природу, пересматриваются. Причина:
невысокая эффективность нормативного подхода из-за
возможности субъективного подхода к «норме» и манипулирования
этим понятием (Порядин, 1998). В связи с этим в основу
государственной экологической политики в условиях
прогрессирующего загрязнения постепенно закладывается концепция
экологического риска.
Экологический риск — это оценка на всех уровнях — от
точечного до глобального — вероятности появления негативных
изменений в окружающей среде, вызванных антропогенным
или иным воздействием. Под экологическим риском
понимают также вероятностную меру опасности причинения вреда
природной среде в виде возможных потерь за определенное время.
Вред природной среде при различных антропогенных и
стихийных воздействиях, очевидно, неизбежен, однако он должен
быть сведен до минимума и быть экономически оправданным.
Любые хозяйственные или иные решения должны
приниматься с таким расчетом, чтобы не превышать пределы вредного
воздействия на природную среду. Установить эти пределы очень
трудно, поскольку пороги воздействия многих антропогенных
и природных факторов неизвестны. Поэтому расчеты
экологического риска должны быть вероятностными и
многовариантными, с выделением риска для здоровья человека и
природной среды.
Оценке допустимого экологического риска в последнее
время уделяется все больше и больше внимания, особенно при
принятии решений о вложении инвестиций в то или иное
производство. При этом в случае антропогенного воздействия
учитываются следующие правила допустимого экологического
риска (Петров, 1995): 1) неизбежность потерь в природной
среде; 2) минимальность потерь в природной среде; 3) реальная
возможность восстановления потерь в природной среде; 4)
отсутствие вреда здоровью человека и необратимость изменений
528
в природной среде; 5) соразмерность экологического вреда и
экономического эффекта.
Различают три главные составляющие экологического риска:
— оценка состояния здоровья человека и возможного числа
жертв;
— оценка состояния биоты (в первую очередь фотосинтези-
рующих организмов) по биологическим интегральным
показателям;
— оценка воздействия загрязняющих веществ, техногенных
аварий и стихийных бедствий на человека и
окружающую природную среду.
Так, например, оценка риска стихийных бедствий должна
включать, по В. И. Осипову (1995), расчеты возможного числа
погибших и пострадавших людей, а также экономических
потерь. Вначале собирают фактические данные о природных
опасностях на изучаемой территории, далее определяют их самые
опасные типы и частоту проявления, затем составляют карту
(или серию карт), отражающих вероятность развития опасных
процессов. Помимо оценки риска необходимо организовывать
и управление риском, которое предполагает принятие целого
комплекса решений (политических, социальных, технических
и экономических), направленных на снижение величины риска
до приемлемого уровня. На основе анализа природных
опасностей и уязвимости среды, выполненного совместно с
проектировщиками, экономистами и социологами, оценивают риск и
составляют карты риска. Эти карты, где указаны территории
различной степени риска, помогают эффективно решать
вопросы управления риском и планирования
социально-экономического развития региона (области, района, города).
Любое превышение пределов допустимого экологического
риска на отдельных производствах должно пресекаться по закону. С
этой целью ограничивают или приостанавливают деятельность
экологически опасных производств, а на стадиях принятия решений
Допустимый экологический риск оценивают с помощью
государственной экологической экспертизы и в случае его превышения,
представленные для согласования материалы, отклоняют.
Фактор экологического риска существует на любых произ-
529
водствах, независимо от мест их расположения. Однако
существуют регионы, где, в сравнении с экологически более благо-
получными районами, во много раз превышены вероятность
проявления негативных изменений в экосистемах, а также
вероятность истощения природно-ресурсного потенциала и, как
следствие, величины риска потери здоровья и жизни для
человека. Эти регионы получили название зон повышенного
экологического риска (Петров, 1995).
В пределах регионов повышенного экологического риска
выделяют зоны: 1) хронического загрязнения окружающей
среды; 2) повышенной экологической опасности; 3) чрезвычайной
экологической ситуации и 4) экологического бедствия.
К зонам чрезвычайной экологической ситуации относят
территории, на которых в результате воздействия негативных
антропогенных факторов происходят устойчивые отрицательные
изменения окружающей среды, угрожающие здоровью
населения, состоянию естественных экосистем, генофондам растений
и животных.
В России к таким зонам относятся районы Северного При-
каспия, Байкала, Кольского полуострова, рекреационные зоны
побережий Черного и Азовского морей, промзона Урала и др.
Так, например, в районах Северного Прикаспия к старым прбле-
мам: деградация пастбищ, низкое плодородие почв, дефицит
пресной воды, интенсивная ветровая эрозия — добавились
новые. В первую очередь это подтопление, прогрессирующее
засоление и заболачивание земель, вызванное нагонными
явлениями на расширившейся акватории Каспийского моря.
Затопление и подтопление земель уже вызвало потерю 320 тыс. га
сельскохозяйственных угодий (Романенко, 1996).
Зоной экологического бедствия указами Президента или
постановлениями Правительства России на основе
государственной экологической экспертизы объявляется часть территории
Российской Федерации, на которой произошли необратимые
изменения окружающей среды, повлекшие за собой
существенное ухудшение здоровья населения, разрушение естественных
экосистем, деградацию флоры и фауны. Прежде всего, это
зона влияния аварии на Чернобыльской АЭС, а также Кузбасс,
530
степные районы Калмыкии. В ближнем зарубежье наиболее
опасной экологической зоной являются Арал и Приаралье.
Правовой режим и финансирование затрат по оздоровлению
окружающей среды зависят от принадлежности территории к той
или иной зоне повышенного экологического риска.
§ 7. Экологический мониторинг
(мониторинг окружающей среды)
Под экологическим мониторингом (от лат. «монитор» —
напоминающий, надзирающий) понимают систему
наблюдений, оценки и прогноза состояния окружающей среды.
Основной принцип мониторинга — непрерывное слежение.
Мониторинг является важнейшей частью экологического
контроля, которое осуществляет государство. Главная цель
мониторинга — наблюдение за состоянием окружающей среды и
уровнем ее загрязнения. Не менее важно своевременно
оценить и последствия антропогенного воздействия на биоту,
экосистемы и здоровье человека, а также эффективность
природоохранных мероприятий. Но мониторинг — это не только
слежение и оценка фактов, но и экспериментальное
моделирование, прогноз и рекомендации по управлению состоянием
окружающей среды.
По территориальному охвату различают три ступени или
блока современного мониторинга — локальный (биоэкологический,
санитарно-гигиенический), региональный (геосистемный, при-
родно-хозяйственный и глобальный (биосферный, фоновый)
(табл. 21.1). В программу биоэкологического
(санитарно-гигиенического) мониторинга, проводимого на локальном
уровне^входят наблюдения за изменением в различных сферах содержания
загрязняющих веществ, обладающих канцерогенными,
мутагенными и иными неблагоприятными свойствами. Постоянным
наблюдениям подвергаются следующие загрязняющие вещества,
наиболее опасные для природных экосистем и человека:
— в поверхностных водах — радионуклиды, тяжелые метал-
531
Таблица 21.i
Система наземного мониторинга окружающей среды
(по И. П. Герасимову)
Ступени мониторинга
Локальный
(санитарно-гигиенический,
биоэкологический)
Региональный
(геосистемный,
природно-
хозяйственный)
Глобальный
(биосферный,
фоновый)
Объекты мониторинга
Приземной слой
воздуха
Поверхностные и
грунтовые воды,
промышленные и
бытовые стоки и
различные выбросы
Радиоактивные
излучения
Исчезающие виды
животных и растений
Природные
экосистемы
Агроэкосистемы
Лесные экосистемы
Атмосфера
Гидросфера
Растительные
и почвенный
покровы, животное
население
Характеризуемые 1
показатели |
ПДК токсических П
веществ - |
Физические и
биологические
раздражители (шумы,
аллергены и др.)
Предельная степень
радиоизлучения
Популяционное
состояние видов
Их структура и
нарушения
Урожайность
сельскохозяйственных
культур
Продуктивность
насаждений
Радиационный
баланс, тепловой
перегрев, состав и запы-
ление
Загрязнение рек и
водоемов; водные
бассейны, круговорот
воды на континентах
Глобальные
характеристики состояния
почв, растительного
покрова и животных.
Глобальные
круговороты и баланс CQ, Q
и других веществ
лы, пестициды, бенз(а)пирен, рН, минерализация, азот,
нефтепродукты, фенолы, фосфор;
532
— в атмосферном воздухе — оксиды углерода, азота, диоксид
серы, озон, пыль, аэрозоли, тяжелые металлы,
радионуклиды, пестициды, бенз(а)пирен, азот, фосфор, углеводороды;
— в биоте — тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды,
бенз(а)пирен, азот, фосфор.
Тщательно исследуют и такие вредные физические
воздействия, как радиацию, шум, вибрацию, электромагнитные поля и др.
Пункты экологических наблюдений располагают в местах
концентрации населения и районах интенсивной его
деятельности с таким расчетом, чтобы они контролировали основные
линии связи человека (трофические и др.) с естественными и
искусственными компонентами окружающей среды. Это
могут быть территории промышленно-энергетических центров,
атомных электростанций, нефтепромыслов, агроэкосистем с
интенсивным применением ядохимикатов и др.
В составе биоэкологического (санитарно-гигиенического)
мониторинга большое внимание уделяют наблюдениям за
ростом врожденных дефектов в популяциях человека и
динамикой генетических последствий загрязнения биосферы, в
первую очередь мутагенами. Экологическую опасность их трудно
переоценить, ибо, как подчеркивают Д. П. Никитин и Ю. В.
Новиков (1980), «мутагены поражают самое драгоценное, что
создано эволюцией живой материи, — генетическую программу
человека, а также генофонды популяций всех видов животных,
растений, бактерий и вирусов, населяющих биосферу».
Кг региональном (геосистемном) уровне наблюдения ведут
за состоянием экосистем крупных природно-территориальных
комплексов (бассейнов рек, лесных экосистем, агроэкосистем
и т. д.), где имеются отличия параметров от базового фона ввиду
антропогенных^воздействий. Изучают трофические связи
(биологические круговороты) и их нарушения, оценивают
возможность использования ресурсов природных экосистем в
конкретных видах деятельности, анализируют характер и
количественные показатели антропогенных воздействий на окружающую
природную среду в этих регионах. Например, ведут контроль
за популяционным состоянием исчезающих видов животных в
пределах какого-либо региона, и т. д.
533
Обеспечить наблюдение, контроль и прогноз возможных
изменений в биосфере в целом — задача глобального
мониторинга. Его называют еще фоновым или биосферным.
Объектами глобального мониторинга являются атмосфера,
гидросфера, растительный и животный мир и биосфера в целом как
среда жизни всего человечества. Разработка и координация
глобального мониторинга окружающей среды осуществляется в
рамках ЮНЕП (орган ООН) и Всемирной метеорологической
организации (ВМО).
Основными целями этой программы являются:
— организация расширенной системы предупреждения об
угрозе здоровью человека;
— оценка влияния глобального загрязнения атмосферы на
климат;
— оценка количества и распределения загрязнений в
биологических системах, особенно в пищевых цепочках;
— оценка критических проблем, возникающих в
результате сельскохозяйственной деятельности и
землепользования;
— оценка реакции наземных экосистем на воздействие
окружающей среды;
— оценка загрязнения океана и влияния загрязнения на
морские экосистемы;
— создание системы предупреждений о стихийных
бедствиях в международном масштабе.
При выполнении работ по программе глобального
мониторинга особое внимание уделяют наблюдениям за
состоянием природной среды из Космоса. Космический мониторинг
позволяет получить уникальную информацию о
функционировании экосистем как на региональном, так и на глобальном
уровнях. В сравнении с другими видами мониторинга
космический имеет ряд практически значимых преимуществ. По
данным Г. И. Марчука (1990), с его помощью возможно, в
частности, оперативно получать информацию о природной среде
с больших территорий Земли, что особенно важно при
возникновении ураганов, наводнений и других стихийных
бедствий. Чрезвычайно важным является создание системы кос-
534
мического мониторинга лесных пожаров для малозаселенных
пространств.
В России функционирует разветвленная
общегосударственная служба наблюдения по всем ступеням мониторинга —
локальном, региональном и глобальном. Обобщая результаты
наблюдения на всех трех уровнях мониторинга, получают
объективную картину антропогенных и природных процессов
в различных регионах страны. С этой целью на
многочисленных станциях, створах контроля, стационарных постах, в
химических лабораториях, на самолетах, вертолетах и
космических аппаратах наблюдают за загрязнением атмосферы, вод,
почв, донных отложений, околоземного пространства,
организуют слежение за состоянием земель,
минерально-сырьевых ресурсов недр, сохранностью животного и растительного
мира и т. д.
Основной объем наблюдений выполняют Федеральные
службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
(Росгидромет России). С 1995 г. в России с целью радикального
повышения эффективности службы наблюдения введена Еди-.
ная государственная система экологического мониторинга (ЕГ-
СЭМ) (рис. 21.1, Петров, 1995). К основным ее задачам, в
частности, относятся ведение специальных банков данных,
характеризующих экологическую обстановку и гармонизация их с
международными эколого-информационными системами, а также
оценка и прогноз состояния объектов и антропогенных
воздействий на них, откликов экосистем и здоровья населения на
изменение состояния окружающей среды.
Задачи по программированию изменений в окружающей
среде и принятюуправляющихрешенни, т. е. решений,
предотвращающих негативные изменения среды, в системе мониторинга
решают с помощью математического моделирования на ЭВМ.
Используется динамическая постоянно действующая модель
(ПДМ), входящая в автоматизированную информационную
систему (АИС) мониторинга. Особенность ПДМ — циклическое
Функционирование: по мере поступления новых данных в АИС
°ни загружаются в ПДМ и на модели «проигрывается» вариант
Развития моделируемой системы, затем при исходных данных
535
Рис. 21.1. Государственная система экологического мониторинга
цикл повторяется уже с учетом предыдущего варианта развития
и т. д. Отсюда следует очень важное свойство ПДМ: чем
дольше функционирует система мониторинга, тем полнее
информация и тем ближе модель к моделируемому объекту.
536
§ 8. Экологический контроль
и общественные экологические движения
Помимо государственной службы наблюдения —
экологического мониторинга, в систему экологического контроля
входят государственный, производственный, муниципальный и
общественный контроль.
Под государственным экологическим контролем
понимают один из видов государственной административной
деятельности, призванной обеспечить соблюдение
экологического законодательства и выполнение природоохранных
мероприятий. Контроль осуществляют законодательные и
исполнительные органы, а также специально уполномоченные органы
государства. Экологический контроль — важный элемент
регулирования качества окружающей среды.
Объектами государственного экологического контроля
являются: земля, недра, леса, животный мир, атмосферный
воздух, природно-заповедный фонд, континентальный шельф, а
также окружающая среда в целом.
Должностные лица органов государственного
экологического контроля (государственные инспекторы) имеют широкие
полномочия. В частности, согласно Закону РФ «Об охране
окружающей среды» (2002) они имеют право:
— принимать решения об ограничении, приостановлении и
прекращении деятельности экологически вредных объектов;
— налагать административный штраф в установленном
размере за нарушение природоохранительного законодательства;
— предъявлять иски о возмещении вреда, причиненного
природной среде, и направлять материалы для привлечения
виновных к уголовной ответственности;
— выдавать разрешения на природопользование,
устанавливать нормативы выбросов, сбросов вредных веществ,
назначать государственную экологическую экспертизу.
Только в 1993 г. в России была приостановлена работа 650
экологически вредных предприятий и 148 предприятий были
закрыты. В основном это небольшие производства,
находящиеся в собственности акционерных обществ, фирм, малых и
537
смешанных предприятий. В их число входят мелкие цехи по
переработке сырья, хранилища цемента, ядохимикатов, ас-
фал ьто-бетонные заводы, старые котельные и др.
(Государственный доклад... 1994).
Помимо государственного в нашей стране действует еще
производственный и общественный контроль. В первом
случае, речь идет о своеобразном контроле предприятия за своей
деятельностью в области природопользования, во втором — о
контроле выполнения требований законодательства об охране
окружающей среды со стороны профсоюзов, общественных
объединений, трудовых коллективов и отдельных граждан.
В последнее время в границах муниципальных
образований органами местного самоуправления осуществляется
муниципальный экологический контроль.
Соответствующими законодательными актами закреплены полномочия,
права и обязанности муниципальных инспекторов в области
охраны окружающей среды. Общественный экологический
контроль неразрывно связан с общественным экологическим
движением. Еще в 1988 г. в «Меморандуме в защиту
природы» группой известных ученых, писателей и деятелей
искусств высказывалось убеждение, что «делу спасения
Отечества от экологической катастрофы... может помочь
великое народное движение за сохранение природы на каждой
пяди нашей земли...»
Каждый гражданин нашей страны имеет право на охрану
здоровья от неблагоприятного воздействия окружающей
среды; в свою очередь, он обязан сохранять природу и
окружающую среду, принимать участие в ее охране.
Наиболее массовыми добровольными организациями до
недавнего времени были общества охраны природы, охотников и
рыболовов, дружины по охране природы и т. д. В их задачу
входило содействие государственным органам в проведении
мероприятий по охране природы, привлечение широких масс
населения для участия в природоохранных мероприятиях и т. Д-
Авторитет этих обществ среди населения из-за формализма в
работе, низкой эффективности и заорганизованности в
последнее время заметно снизился.
538
В середине 80-х гг., в связи с возросшей
социально-политической активностью населения, во многих регионах
страны начали формироваться массовые общественные
экологические организации (союзы, объединения, ассоциации,
фонды и т. д). Среди них — Социально-экологический союз,
ассоциация «Экология и мир», Центр экологической политики
России, Экологический фонд, Общественный комитет
спасения Волги, Фонд защиты Байкала и др. В 1997 г. около 40
общественных организаций учредили Российский
экологический конгресс, главная цель которого — объединение
усилий для решения актуальных экологических проблем.
Еще раньше в Западной Европе (ФРГ, Дания и др.)
возникло движение «зеленых». Оно выступает за сохранение
среды жизни, против ядерной угрозы, за чистоту атмосферы, вод
и т. д. К целям и задачам движения «зеленых» наиболее близки
Российское экологическое движение и Экологический фонд
России.
Призыв к спасению Отечества от экологической
катастрофы особенно актуален в наше время. По свидетельству
прессы, начальный период перехода к рынку приводит в
ряде случаев к непредсказуемым формам эксплуатации
природных ресурсов в условиях отсутствия
удовлетворительного экологического законодательства. Необходима, в
частности, организация независимой общественной экологической
экспертизы совместных и зарубежных проектов и контроля
над тем, чтобы их экологические стандарты
соответствовали таковым в странах—экспортерах технологии.
Высоко оценивая общественные экологические
движения в защиту природы в нашей стране, нельзя не отметить
и некоторого преувеличения экологической опасности со
стороны «зеленых», посягательства в отдельных случаях на
сами системы жизнеобеспечения населения. Оптимальный
выход просматривается в соблюдении принципа
экологической безопасности населения с подключением
беспристрастной научной экспертизы, если потребуется, также и
международной.
539
§ 9. Экологические права и обязанности
граждан
Под экологическими правами граждан понимают
закрепленные в законодательстве права гражданина, которые
обеспечивают удовлетворение его разнообразных потребностей при
взаимодействии с природой.
Согласно Конституции Российской Федерации каждый
гражданин имеет право на:
— благоприятную окружающую среду;
— достоверную информацию о состоянии окружающей
среды;
— возмещение ущерба, причиненного здоровью или
имуществу экологическим правонарушением.
Под благоприятной окружающей средой понимают такое
ее состояние, которое соответствует критериям, нормативам
и стандартам, установленным в экологическом
законодательстве по показателям чистоты, ресурсоемкости, экологической
безопасности, видовому разнообразию и др. Другими
словами, гражданин Российской Федерации имеет право на среду
обитания, факторы которой не оказывают на него
негативного влияния.
Право на благоприяную окружающую среду — это одно из
фундаментальных прав человека, возникающих с рождением и
прекращающихся со смертью индивида, наряду с такими
основополагающими правами, как право на жизнь, свободу слова,
равенство и др. (Социал.-эколог, проблемы..., 2001).
Важнейшим способом реализации конституционного
права граждан на благоприятную окружающую среду является не
только соблюдение всеми лицами экологических норм, правил
и нормативов, но и получение достоверной информации о
состоянии окружающей среды.
Согласно действующим законодательным актам граждане
имеют право требовать от соответствующих органов государ'
ственной власти, органов местного самоуправления,
должностных лиц предоставления объективной информации о
состоянии окружающей среды. Эта информация должна быть досто-
540
верной, т.е. заведомо не искаженной, своевременной и
полной.
Например, граждане и общественные объединения имеют
право на получение объективной информации от организации,
осуществляющей деятельность с использованием источников
ионизирующего излучения, за исключением той ее части,
которая отнесена законодательством РФ к категории
информации ограниченного доступа.
Следует знать, что закон запрещает относить к подобного
рода информации документы, содержащие данные о
чрезвычайных ситуациях, экологическую, метеорологическую,
санитарно-эпидемиологическую, демографическую и другую
информацию, необходимую для обеспечения безопасности граждан и
населения в целом (Красов, 2001).
Одним из наиболее важных способов защиты права на
благоприятную окружающую среду считается право на
возмещение ущерба, цонесенного гражданами в результате
экологического правонарушения.
Помимо экологических прав, закрепленных в Конституции,
существуют и иные экологические права, содержащиеся в
других законах и кодексах.
Так, каждый гражданин имеет право на общее
природопользование. Это право регулируется Земельным, Водным, Лесным
кодексами, законами «О недрах», «О животном мире»,
«Положением о лицензировании деятельности по организации
любительского лова» и т.д. Например, граждане имеют право
свободно (бесплатно) находиться на территории лесного фонда и в
лесах, собирать для собственных нужд дикорастущие плоды,
ягоды, орехи, грибы, лекарственные растения и техническое
сырье, если иное не предусматривается законодательством РФ.
Согласно ст. 11 Федерального закона «Об охране
окружающей среды» (2002 г.) граждане имеют также право:
— создавать общественные объединения, фонды и иные
общественные формирования по охране окружающей среды;
— принимать участие в собраниях, митингах, пикетах,
шествиях, референдумах по вопросам охраны окружающей
среды;
541
— выдвигать предложения о проведении общественной эко~
логической экспертизы и участвовать в ее проведении;
— предъявлять в суд иски о возмещении вреда
окружающей среде.
Экологические обязанности граждан
Пользуясь экологическими правами, каждый гражданин
должен выполнять и определенные ответные обязанности в
сфере экологических интересов общества и государства. Он
должен быть готов к активному личному участию в
осуществляемых природоохранных мероприятиях, выполнять
обязанности не только по охране и рациональному использованию
природных ресурсов, но и по предупреждению экологических
правонарушений, а также выполнять иные обязанности,
предусмотренные экологическим законодательсвом.
«Каждый гражданин обязан сохранять природу и
окружающую среду у бережно относиться к природным богатствам»
(Конституция РФ, ст. 58).
В соответствии с Конституцией, а также законами «Об
охране окружающей среды», «О санитарно-эпидемиологическом
благополучии» и рядом других законодательных актов,
граждане, в частности, обязаны:
— личным трудом оберегать и приумножать природные
богатства;
— соблюдать установленные нормативы качества
окружающей среды;
— сохранять природный ландшафт;
— не допускать уничтожения или порчи деревьев и кустар- •
ников, засорения лесов, уничтожения или разорения мест
обитания животных, птиц, рыб, насекомых и иных живых
организмов;
— соблюдать стандарты, регламентирующие условия
охраны атмосферного воздуха, земель, поверхностных и
подземных вод, лесов, недр;
— соблюдать правила пожарной безопасности в лесах;
— выполнять соответствующие экологические предписания
542
и постановления государственных природоохранных органов и
их должностных лиц;
— платить установленные налоги и сборы,
предусмотренные для финансирования природоохранных и природовосста-
новительных мероприятий;
— иметь необходимую экологическую подготовку (для
должностных лиц, связанных с деятельностью, оказывающей
влияние на окружающую среду и здоровье человека);
— содействовать экологическому воспитаню
подрастающего поколения и повышению экологической культуры населения.
§ 10. Юридическая ответственность
за экологические правонарушения
Юридическая ответственность за экологические
правонарушения является одной из форм государственного
принуждения; ее задача — обеспечить реализацию экологических
интересов в принудительном порядке. Наиболее успешно эта задача
решается в тех субъектах Российской Федерации, которые
имеют в своем составе межрайонные природоохранные
прокуратуры . Наличие специализированного прокурорского надзора в сфере
экологии позволяет выявлять во много раз больше
экологических правонарушений, чем в районах, где таких прокуратур нет.
Экологические правонарушения различны по своему
составу, но всегда складываются в сфере природы: будь то
загрязнение природной среды, незаконная порубка леса или нарушение
законодательства о континентальном шельфе. Наибольшее
число экономических правонарушений связано с охраной и
использованием животного мира (охота и рыболовство) и с охраной
атмосферного воздуха.
Общий критерий всех экологических нарушений —
причинение вреда окружающей среде. В тех случаях, когда вред
наносят не природной среде, а среде обитания человека,
например, сверх нормативов загрязняют воздух в производственных
помещениях, говорят о санитарных правонарушениях.
543
Экологические правонарушения, не относящиеся к
категории общественно опасных, именуют экологическими
проступками. Если же они представляют общественную опасность,
посягают на экологическую безопасность общества, причиняют
ощутимый вред окружающей среде и здоровью человека, их
относят к категории экологических преступлений.
Согласно Закону РФ «Об охране окружающей среды» (2002)
различают следующие виды ответственности за экологические
правонарушения: дисциплинарную, административную,
уголовную, имущественную.
Дисциплинарные наказания (предупреждение, выговор,
строгий выговор, понижение в должности и в окладе,
увольнение с работы) налагаются на должностных лиц, рабочих и
служащих руководителем предприятия, организации,
учреждения за невыполнение ими своих производственных
обязанностей, связанных с правовой охраной окружающей среды.
При этом следует учитывать два важных момента: 1)
дисциплинарная ответственность может наступить лишь за
нарушение экологических правил, исполнение которых входило в
круг должностных обязанностей нарушителя. Так, например,
нельзя привлекать к ответственности водителя за выпуск в
эксплуатацию автомобиля, у которого содержание загрязняющих
веществ превышало установленные нормы, поскольку
исполнительный контроль за этот выпуск не входит в число
водительских обязанностей; 2) недопустимо наказывать в
дисциплинарном порядке лиц, которые нарушают экологические
правила во внерабочее время.
К административной ответственности могут быть
привлечены организации, предприятия, должностные лица,
отдельные граждане. Административная ответственность
устанавливается за противоправное действие или бездействие,
нарушающее законодательство об охране окружающей среды. К их
числу относятся порча,,повреждение, уничтожение природных
объектов, несоблюдение экологических требований при
захоронении вредных веществ, и т. д.
Наиболее распространенная мера административного
взыскания — денежный штраф, кроме того, применяются преду-
544
преждения, общественное порицание, изъятие орудий и средств
совершения правонарушения, конфискация незаконно добытой
продукции и т. д.
Мера административной ответственности определяется
специально уполномоченными на то органами Минприроды
России и др.
За экологические правонарушения, которые отличаются
наивысшей степенью общественной опасности и тяжелыми
последствиями, предусмотрена уголовная ответственность
(лишение свободы, конфискация имущества, крупный денежный
штраф и т. п.). Применение мер этого вида ответственности за
экологические преступления определяется Уголовным
кодексом РФ (гл. 26, ст. 246—292). Единственным основанием
назначения уголовного наказания является приговор суда.
К тяжким экологическим преступлениям относится,
например, умышленное уничтожение или повреждение лесных
массивов путем поджога. Менее тяжкими преступлениями
считаются загрязнение водоемов и атмосферного воздуха,
незаконная порубка леса, незаконная охота и некоторые другие.
Все предприятия и граждане, причинившие вред
окружающей среде, здоровью и имуществу других граждан и
народному хозяйству, обязаны возместить его в полном объеме.
Должностные лица, по вине которых предприятие понесло расходы
по возмещению вреда, несут имущественную ответственность.
Иски о компенсации вреда окружающей среде могут быть
предъявлены в течение 20 лет.
Контрольные вопросы
/. Что такое экологическое право? Перечислите
основные его источники в нашей стране.
2. Каково основное содержание нового Закона РФ «Об
охране окружающей среды» (2002)?
3. Какова структура государственных органов охраны
окружающей среды в России?
4. Что такое экологический паспорт предприятия?
5. Какова эффективность государственной
экологической экспертизы?
545
6. Что такое экологический риск? Какие регионы
относят к зонам повышенного экологического риска?
7. Мониторинг окружающей среды, его основные
ступени и блоки.
8. Что понимается под государственным экологическим
контролем?
9. Каковы роль и значение общественного экологического
движения?
10. Какие существуют виды ответственности за
экологические правонарушения? Как возмещается вред,
причиненный природной среде?
ГЛАВА 22
ЭКОЛОГИЯ И ЭКОНОМИКА
До недавнего времени в нашей стране отсутствовали
эффективные экономические рычаги, способствующие
сохранению и рациональному использованию окружающей среды.
Ныне в России создан и функционирует экономический
механизм охраны окружающей среды, ориентированный на
рыночную экономику, а точнее, соответствующий критериям
переходного периода к ней. Его главная*особенность —
ориентация не на плановое централизованное финансирование из
государственного бюджета, а в основном на экономические
методы регулирования. Делать выводы о высокой эффективности
нового экономического механизма охраны окружающей среды
и природопользования преждевременно, он требует
дальнейшего развития и совершенствования.
Новая структура экономического механизма сочетает как
ранее действовавшие нормы (природно-ресурсные кадастры,
материально-техническое обеспечение и др.), так и новые
экономические стимулы (экологические фонды, плата за
пользование природными ресурсами, экологическое страхование и др.
(рис. 22.1). В качестве обязательных элементов
предусматривается включение экологических требований в процедуру
оценки принимаемых хозяйственных решений.
Согласно Закону РФ «Об охране окружающей среды» (2002)
основными задачами экономического механизма являются:
— планирование и финансирование природоохранительных
мероприятий;
— установление лимитов на размещение отходов, объемов
выбросы и сбросы загрязняющих веществ;
— установление нормативов платы и размеров платежей за
выбросы и сбросы загрязняющих веществ, размещение
отходов и другие виды вредного воздействия;
547
Рис. 22.1. Структура экономического механизма охраны
окружающей среды (по В. В. Петрову)
548
— предоставление налоговых, кредитных и иных льгот при
внедрении малоотходных и ресурсосберегающих технологий и
нетрадиционных видов энергии, осуществлении других
эффективных мер по охране окружающей среды;
— возмещение вреда, причиненного окружающей среде и
здоровью человека.
По мнению ученых, главная специфическая особенность
нового экономического механизма — сделать охрану окружающей
среды составной частью производственно-коммерческой
деятельности, чтобы хозяйственник, предприниматель был
заинтересован в охране окружающей среды не меньше, чем он
заинтересован в выпуске конкурентоспособной продукции.
§ 1. Эколого-экономический учет
природных ресурсов и загрязнителей
Экономические, экологические и некоторые другие
показатели природных ресурсов обычно обобщают в виде кадастров.
Кадастр (франц. cadastre) — систематизированный свод
сведений, количественно и качественно, характеризующих
определенный вид природных ресурсов или явлений, в ряде
случаев с их социально-экономической оценкой. Кадастры
составляют специально уполномоченные органы Минприроды
России для комплексного учета природных ресурсов на
территориях республик, краев и областей, рационального их
использования, для дифференциации платы за ресурсы и т. д.
Различают земельный, водный, лесной, кадастр недр,
животного мира, медико-биологический, промысловый и другие
виды кадастров.
Земельный кадастр включает данные регистрации
землепользователей (собственники, пользователи, арендаторы), учета
количества и качества земель, бонитировки (качественной
оценки земель).
Водный кадастр — это свод систематизированных данных
о водных объектах, водных ресурсах, режиме, качестве и
использовании вод, а также о водопользователях. Он включает
549
три раздела: 1) поверхностные воды; 2) подземные воды; 3)
использование вод. Источником сведений для составления и
пополнения водного кадастра служит сеть наблюдательных
гидрологических постов и режимных станций. Полученные
данные обрабатывают с помощью специальной
автоматизированной информационной системы и доводят до потребителя.
Лесной кадастр — свод данных о лесах, степени их
вовлечения в эксплуатацию, качественном составе, запасах
древесины, ежегодного ее прироста и т. д. С помощью кадастра
оценивают эколого-экономическое значение лесов, решают вопросы
охраны лесных ресурсов, другие практические вопросы (выбор
лесосырьевых баз и др.). Аналогичные или близкие к ним
функции выполняют кадастры и других природных ресурсов.
В последнее время в связи с обострением экологической
ситуации возникла необходимость учета размещения отходов
по составу и степени токсичности, а также регистрации
загрязнителей окружающей среды. Объектом регистрации служат все
опасные и потенциально опасные вещества независимо от их
происхождения, как производимые на территории России, так
и ввозимые из-за рубежа.
§ 2. Лицензия, договор и лимиты
на природопользование
Порядок пользования природной средой и природными
ресурсами основывается на принципах охраны природной
среды и неистощимости использования природных ресурсов,
создания нормальных экологических и экономических условий
для ныне живущих и будущих поколений, обеспечения
приоритетных направлений природопользования, учета и
контроля за окружающей средой. Эффективными средствами
охраны окружающей среды и рационального природопользования
служат такие экономические рычаги, как лицензия, договор и
лимиты.
Лицензия (разрешение) на комплексное природопользова-
550
ние — документ, удостоверяющий право его владельца на
использование в фиксированный период времени природного
ресурса (земель, вод, недр и др.), а также на размещение
отходов, выбросы и сбросы.
В лицензию на комплексное природопользование
включают:
— перечень используемых природных ресурсов, лимиты и
нормативы их расхода и изъятия;
— нормативные платы на охрану и воспроизводство
природных ресурсов;
— перечень, нормативы и лимиты выбросов (сбросов)
загрязняющих веществ и размещение отходов;
— нормативы платы за выбросы (сбросы) загрязняющих
веществ и размещение отходов;
— экологические требования и ограничения, при которых
допускается хозяйственная или иная деятельность;
Лицензия на комплексное природопользование выдается
органами Минприроды России сроком на один год, но в ряде
случаев право пользования ею может быть досрочно прекращено,
если возникает угроза экологической безопасности населения.
Лицензия имеет существенное значение не только как
средство защиты окружающей среды, но и как один из способов
регулирования природопользования.
Принципы неистощимости природных ресурсов и охраны
природной среды могут быть соблюдены лишь при
комплексном природопользовании, т. е. в тех случаях, когда
использование одного ресурса не оказывает вредного воздействия на
другие ресурсы. Поэтому, получив лицензию и пройдя
соответствующую экспертизу на предполагаемую деятельность, приро-
допользователь должен заключить договор о комплексном
природопользовании .
Договор предусматривает условия и порядок
использования природных ресурсов, права и обязанности природопользо-
вателя, размеры платежей за пользование природными
ресурсами, ответственность сторон и возмещение вреда.
Составной частью экономического механизма охраны ок-
551
ружающей среды является также лимитирование
природопользования.
Лимиты на природопользование — предельные объемы
природных ресурсов, выбросов (сбросов) загрязняющих веществ,
размещения отходов производства, которые устанавливаются для
предприятий-природопользователей на определенный срок.
Так, например, устанавливают лимиты потребления вод
промышленного использования, нормы отвода земель для
автомобильных дорог, лимиты по отлову животных, расчетную
лесосеку и т. д.
За сверхнормативное потребление природных ресурсов
предусматривается дополнительная плата. Таким образом,
лимиты как система экологических ограничений экономическим
путем побуждают природопользователя бережно относиться к
природной среде, сокращать отходы, уменьшать выбросы
(сбросы) загрязняющих веществ, переходить к малоотходным и
ресурсосберегающим технологиям. Поэтому понятно, что
лимиты, а также лицензии и договоры на комплексное
природопользование выполняют не только экономические, но и
природоохранительные функции.
§ 3. Новые механизмы финансирования
охраны окружающей среды
Финансирование затрат на восстановление и охрану
природной среды осуществляется в основном за счет
внебюджетных средств и в первую очередь за счет собственных средств
природопол ьзователей.
Платность природных ресурсов — важнейший элемент
нового механизма финансирования, ориентированного на
рыночные реформы. К числу других существенных
экономических стимулов следует отнести экологическое страхование.
Источником финансирования природоохранной деятельности
являются также региональные и местные бюджеты и в меньшей
степени средство федерального бюджета.
552
Плата за использование природных ресурсов. Еще
Законом РСФСР «Об охране окружающей среды» (1991)
предусматривалась плата не только за загрязнение окружающей
среды, но и за использование природных ресурсов" Согласно ст.
20 этого Закона плата за природные ресурсы (земля, вода, леса
и др.) взималась: а) в пределах установленных лимитов; б) за
сверхлимитное и нерациональное использование природных
ресурсов; в) на их воспроизводство и охрану. Сейчас эти
положения пересматриваются, однако принцип платности за
использование природных ресурсов безусловно сохраняется.
Формы платежей за природные ресурсы в зависимости от
их вида и назначения могут быть различными. Например, за
пользование лесными ресурсами плату взимают в виде лесных
податей (налога) и арендной платы, за пользование водными
объектами — в виде регулярных платежей в течение срока
водопользования, за пользование землей — в виде земельного
налога, арендной платы. Поступающие платежи перечисляют
в местный бюджет (города или района), в фонды
воспроизводства и охраны природных ресурсов.
Платность природных ресурсов несомненно повышает
материальную заинтересованность природопользователя в
сохранении ресурсов и их рациональном использовании.
Плата за загрязнение окружающей среды. Законом РФ
«Об охране окружающей среды» (2002) предусмотрена плата за
выбросы (сбросы) загрязняющих веществ и размещение
отходов как в пределах, так и сверх установленных лимитов. В
первом случае платежи производятся за счет себестоимости
продукции предприятия, во втором — за счет прибыли, которая
получена предприятием-загрязнителем.
В случае убыточности предприятия-загрязнителя платежи
производятся за счет всех имеющихся у него средств, на
которые может быть обращено взыскание. Территориальные
органы Минприроды России и органы санэпиднадзора вправе
приостановить (или прекратить) деятельность предприятий, для
которых размер платежей превышает прибыль, оставляемую в
их распоряжении.
Поскольку платежи взимаются за счет себестоимости про-
553
дукции или прибыли, они должны стимулировать предприятие-
загрязнитель к сокращению выбросов (сбросов) загрязняющих
веществ и отходов. Именно в этом многие ученые видят
главный ключ экологизации хозяйственной деятельности,
пользуясь которым можно сделать охрану окружающей среды
экономически выгодным делом.
Вместе с тем, по мнению Г. С. Голицына, А. Ю. Ретеюма
и др. (1995), трехлетний опыт применения системы платежей
за загрязнение в России показал, что плата, реализующая
налоговый принцип, не выполняет автоматически
стимулирующих функций. Ученые предлагают параллельно с ее
внедрением создавать институциональную среду, где плата выступит
важным эффективным элементом процесса принятия решения.
Только тогда, как считают Г. С. Голицын, А. Ю. Ретеюм и др.,
реализация принципа «загрязнитель платит» послужит
основой для внедрения другого классического принципа рыночного
хозяйства — «желания платить». Следует также отметить, что
применяемые ныне коэффициенты индексации нормативов
платы за загрязнение окружающей среды не соответствуют
реальной инфляции в стране, что существенно снижает роль платы
за загрязнение как экономического рычага ститмулирования
природоохранной деятельности природопользователей.
Экологические фонды. Для реализации различных
природоохранных задач: восстановления потерь в природной
среде, компенсации вреда здоровью граждан, строительства
очистных сооружений, материального обеспечения эколого-просве-
тительскного направления и т. д. была создана единая система
внебюджетных государственных экологических фондов.
Фонды функционировали за счет отчислений предприятий в виде
платы за выбросы (сбросы) загрязняющих веществ,
реализации конфискованных орудий охоты и рыболовства и других
источников. Большая часть средств экологических фондов
направлялась на реализацию природоохранных мероприятий.
Экологические фонды способствовали также развитию
таких прогрессивных механизмов финансирования
природоохранной деятельности, как:
— вложение средств в формирование начального капитала пред-
554
приятии, создаваемых для производства продукции
природоохранного назначения;
— выдача гарантий коммерческим банкам по ссудам и кредитам
предприятиям на реализацию природоохранных проектов.
Таким образом, в современных условиях экологические
фонды являлись важным элементом поддержки инвестиций в
охрану окружающей среды. Только в 1997 г. фактические
поступления в фонды составили 1792, 2 млрд руб.; 42,2% этих средств
расходовалось на строительство природоохранных объектов и
внедрение экологически чистых технологий.
Тем не менее в бюджете 2001 г. Федеральный
экологический фонд Российской Федерации был упразднен, что связано с
принятием нового Налогового кодекса РФ. Возникла
необходимость создания новой структуры, способной координировать
инвестиционную деятельность в области охраны окружающей
среды.
Экологическое страхование. Предприятия, а также
граждане имеют право на получение страхового возмещения (при
добровольном и обязательном страховании) в случае
техногенных катастроф, аварий и стихийного бедствия. Однако
предприятие может быть лишено права на страховое возмещение,
если оно неоднократно предупреждалось о возможности
аварии, но не приняло никаких предупредительных мер. Таким
образом, экологическое страхование выполняет (экономически)
стимулирующие функции, побуждая предприятия к
сохранению природных ресурсов и охране природной среды.
Все более актуальными становятся и такие важные
природоохранные проблемы, как страхование риска загрязнения
окружающей среды, страхование инвестиций в экологически
рисковые проекты, выбор приоритетных объектов экологического
страхования. Развиваются и другие формы экологического
страхования.
Экономический механизм природопользования в
переходный период к рыночной экономике нуждается в постоянном
совершенствовании. По А. Голубу (1991), в условиях перехода
к рынку комплекс экономических мер по отношению к окружа-
555
ющей среде должен носить поэтапный характер. Всего
предусматривается четыре этапа.
На первом этапе — подготовка к введению платежей за
выбросы и платы за природные ресурсы; пересмотр нормативов
временно согласованных выбросов; решение вопроса о
возобновлении деятельности предприятий, закрытых на основании
экспресс-эколого-экономической экспертизы; освоение
выпуска новой природоохранной техники; создание основы службы
экологического мониторинга.
Очевидно, что первый этап в основном преодолен.
На втором этапе — совершенствование платежного
режима природопользования; формирование рынка экологических
услуг; определение приоритетных проблем с точки зрения
долгосрочного развития приватизации части природно-ресурсного
потенциала; реформа механизма ценообразования на
природное сырье; усиление службы государственной экологической
экспертизы.
На третьем этапе — формирование рынка
природоохранного оборудования и экологических технологий, и на четвертом
(заключительном) этапе — начало реализации долгосрочной в
эколого-экономической стратегии.
§ 4. Понятие о концепции устойчивого
развития
Концепция устойчивого развития вошла в
природоохранный лексикон после Конференции ООН по окружающей среде
и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.). ,
По первоначальному определению устойчивое развитие
формулировалось как «модель движения вперед, при котором
достигается удовлетворение жизненных потребностей
нынешнего поколения без лишения такой возможности будущих
поколений. В широком смысле стратегия устойчивого развития
направлена на достижение гармонии между людьми (друг с
другом) и между Обществом и Природой» (Коптюг, 1992).
В рамках Глобального экологического форума в Рио-де-
556
Жанейро (1992) были сформулированы следующие основные
принципы о неразрывности эколого-экономических связей:
— экономическое развитие в отрыве от экологии ведет к
превращению планеты в пустыню;
— упор на экологию без экономического развития закрепляет
нищету и несправедливость.
Особо подчеркивалось, что понятие устойчивого развития
общества подразумевает обеспечение возможности
удовлетворения потребностей людей без угрозы возможности
удовлетворить таковые для будущих поколений.
«Концепция перехода Российской Федерации к
устойчивому развитию» была утверждена Указом Президента от 1
апреля 1996 г. В 1997 г. на заседании Правительства одобрена
«Государственная стратегия устойчивого развития Российской
Федерации».
В этих документах отмечается, что, следуя рекомендациям
и принципам, изложенным в резолюциях Конференции ООН
по окружающей среде и развитию (Рио-де-Жанейро, 1992 г.) и
руководствуясь ими, представляется необходимым и
возможным осуществить в Российской Федерации последовательный
переход к устойчивому развитию, обеспечивающему
сбалансированное решение социально-экономических задач и проблем
сохранения благоприятной окружающей среды и природно-ре-
сурсного потенциала в целях удовлетворения потребностей
нынешнего и будущего поколений людей.
Решение этих задач возможно лишь в рамках такого
экономического развития страны, при котором не будет происходить
разрушения естественного биотического механизма регуляции
окружающей среды, а улучшение качества жизни людей будет
обеспечиваться в пределах допустимой хозяйственной емкости
биосферы.
Исходя из этих принципиальных положений основными
направлениями перехода России к устойчивому развитию были
приняты следующие:
— создание правовой основы перехода к устойчивому
развитию, включая совершенствование действующего
законодательства;
557
— разработка системы стимулирования хозяйственной
деятельности и установление пределов ответственности за ее
экономические результаты, при которых биосфера
воспринимается уже не только как поставщик ресурсов, а как фундамент
жизни, сохранение которого должно быть непременным
условием;
— оценка хозяйственной емкости локальных и региональных
экосистем страны, определение допустимого
антропогенного воздействия на них;
— формирование эффективной системы организации
устойчивого развития и создания соответствующей системы
воспитания и обучения.
Переход нашей страны к устойчивому развитию — это
весьма длительный процесс, который потребует решения
огромных по масштабу эколого-экономических и социальных задач,
поэтому он будет осуществляться поэтапно. Основные вехи на
этом пути: решение сложнейших социальных и
экономических проблем оздоровления окружающей среды, в первую
очередь в зонах экологического бедствия; существенная
экологизация всего процесса экономического развития; гармонизация
взаимодействия с природой всего мирового сообщества, и др.
Особо следует отметить, что переход к устойчивому
развитию потребует безусловного искоренения стереотипов
мышления, пренебрегающих возможностями биосферы и
порождающих безответственное отношение к обеспечению
экологической безопасности. Как считают многие ведущие ученые и
специалисты, именно движение человечества к устойчивому
развитию в конечном счете должно привести к формированию
предсказанной В. И. Вернадским сферы разума (ноосферы), к
достижению гармонии между Обществом и Природой.
В контексте подготовки к Всемирному саммиту (Рио+Ю)
Правительством РФ была поставлена задача принципиальной
важности — подготовить обобщенный вариант экологической
доктрины Российской Федерации (ЭДРФ), который вобрал бы
в себя все конструктивные предложения, поступающие от
самых различных экологических организаций и движений стра-
558
ны. Такая доктрина и была принята Советом Безопасности
Российской Федерации в августе 2002 г.
Экологическая доктрина определяет основные цели,
задачи и принципы проведения единой государственной политики
в области экологии на долгосрочный период.
Стратегической целью государственной экологической
политики является сохранение природных экосистем,
поддержание их целостности и жизнеобеспечивающих функций для
устойчивого развития общества, улучшения здоровья населения
и обеспечения экологической безопасности страны.
Государственная экологическая политика Российской
Федерации основывается на ряде основных принципов,
важнейшим из которых является следующий: устойчивое развитие,
предусматривающее равное внимание к его экономической,
социальной и экологической составляющим и признание
невозможности развития человеческого общества при деградации
природы.
Контрольные вопросы
7. Каковы особенности нового экономического
механизма охраны окружающей среды?
2. Что такое лицензия, договор и лимиты на
природопользование?
3. Какими способами в современных условиях повышают
заинтересованность природопользователя в
сохранении ресурсов и их рациональном использовании?
4. В чем смысл модели устойчивого развития общества?
Пути ее реализации в России.
5. В чем суть экологической доктрины Российской
Федерации?
ГЛАВА 23
ЭКОЛОГИЗАЦИЯ ОБЩЕСТВЕННОГО
СОЗНАНИЯ
Человечество, чтобы сохранить себя и природу,
должно переосмыслить содержание всей своей
деятельности, сделать ее безопасной для окружающей
среды. Речь идет о формировании нового человека,
способного понимать природу и сохранять ее
богатство для новых поколений.
Норман Борлауг, автор «зеленой» революции.
Акапулько (Мексика), 1994 г.
§ 1. Антропоцентризм и экоцентризм.
Формирование нового экологического
сознания
Одно из направлений, по которому Россия должна
выходить из экологического кризиса, — эколого-просветительское.
Смысл этого направления заключается в развитии
экологического образования, просвещения и воспитания для решения
главной задачи — перестройки общественного экологического
сознания, изменения образа жизни человека, его
нравственности. Другими словами, стратегия преодоления экологического
кризиса должна иметь не только научно-техническую и
правовую, но и нравственную составляющую.
Общественно-экологическое сознание существовало всегда,
на всех этапах исторического развития человечества,
объективно отражая существующие на данный момент представления о
взаимоотношениях человека и природы. Именно сложивший-
560
ся тип экологического сознания, как считают
ученые-психологи, определял поведение людей при их взаимодействии с
миром природы.
Объективные реалии свидетельствуют о том, что в
настоящее время практически во всех сферах экономической и
культурной деятельности человека в его сознании прочно
утвердилось представление о «человеческой исключительности» и ос-
вобожденнности его от подчинения экологическим
закономерностям. Поведение людей по отношению к окружающей среде,
основанное на парадигме «человеческой исключительности», по
мнению многих исследователей, и есть одна из главных
причин экологического кризиса на нашей планете.
«Проблема состоит не столько в нашем воздействии на
окружающую среду, — подчеркивает А. Гор (1993), — сколько в
наших взаимоотношениях с нею... действительное решение
будет найдено в переосмысливании и, в конечном счете, —
«исцелении» взаимоотношений между цивилизацией и Землей...
ключевые изменения будут связаны с выработкой нового
мышления относительно этих взаимоотношений».
Широко распространенный тип экологического сознания,
базирующийся на представлениях о «человеческой
исключительности», получил название антропоцентрического.
Основные особенности антропоцентризма следующие (Дерябо,
Левин, 1996):
1. Высшую ценность представляет человек. Лишь он
самоценен, все остальное в природе ценно лишь постольку,
поскольку оно может быть полезно человеку. Природа
объявляется собственностью человечества.
2. Иерархическая картина мира. На вершине пирамиды
стоит человек, несколько ниже — вещи, созданные человеком
и для человека, еще ниже располагаются различные объекты
природы.
3. Целью взаимодействия с природой является
удовлетворение тех или иных прагматических потребностей, т. е.
получение определенного «полезного продукта». Сущность его
выражается словом «использование».
4. Характер взаимодействия с природой определяется сво-
561
его рода «прагматическим императивом»: правильно и
разрешено то, что полезно человеку и человечеству.
5. Этические нормы и правила действуют только в мире
людей и не распространяются на взаимодействие с миром
природы.
6. Дальнейшее развитие природы мыслится как процесс,
который должен быть подчинен процессу развития
человека.
Было бы ошибочным полагать, что история развития
общественного экологического сознания — это история
безраздельного господства антропоцентризма, когда человек
противопоставляет себя природе и взаимоотношения с ней строит
только на основе абсолютного прагматизма.
Действительно, в начальную эпоху бурного роста
промышленности широкое распространение в научных кругах имели
теории, которые объективно способствовали намечавшемуся
разрыву человека с природой, неправильно истолковывали ход
эволюционного развития биосферы. Среди этих представлений
можно отметить настойчивые призывы сделаться
властелинами природы, главенствовать над ней, различные теории
незыблемости и предопределенности гармонии общества и природы,
по существу отрицавшие реальность угрозы экологического
кризиса. В разное время эти и близкие к ним взгляды
высказывали Б.Хпиноза, Р. Декарт, Г.. Гегель, Ф. Ницше и другие
ученые.
Вместе с тем существовали и принципиально иные
представления, согласно которым человек и природа едины и
неотделимы друг от друга, а следовательно, противопоставлять их
друг другу в корне неверно и бессмысленно. Крупные шаги в
этом направлении были сделаны на рубеже XIX и XX вв. Так,
значительным вкладом в развитие взглядов на
взаимодействие человека и природы явились положения, высказанные
К. Марксом и Ф. Энгельсом в трудах «Капитал», «Диалектика
природы» и др.
С позиции диалектического материализма в этих работах
подчеркивалось, что человек не в состоянии отменить или
изменить законы природы — они объективны и действуют поми-
562
мо его воли. Человек не может господствовать над природой,
он принадлежит ей и находится внутри нее. Господство
человека над природой есть не что иное, как деятельность,
основанная на использовании ее законов. К. Маркс писал:
«Человеческие проекты, не считающиеся с великими законами природы,
приносят только несчастье».
Американские исследователи К. Пауэлл и Д. Фернау были
первыми, кто разработал учение о необходимости консервации
природных ресурсов для будущих поколений и о справедливом
их распределении. Прагматический сиюминутный подход к
природопользованию они заменили лозунгом: «Максимум
природных благ для большего числа людей на более длительный
период».
Необходимость новых моральных принципов
взаимодействия человека и природы, основанных на признании
цивилизации восстанавливающей, а не эксплуатирующей, была
обоснована во второй половине XIX в. русскими учеными А. Л.
Чижовым, Н. Ф. Федоровым, В. С. Соловьевым, Н. Г. Умно-
вым, И. В. Киреевским и др. Главная идея их
религиозно-философских воззрений — Человек и все, что его окружает, —
это частицы единого, Космоса — отсюда это течение получило
название русского космизма.
На высоком научном уровне четкое обоснование единства
человека и биосферы и неизбежность ее эволюционного
превращения в сферу разума — ноосферу было сделано В. И.
Вернадским, одним из величайших мыслителей XX в. (см. гл.
8, § 4).
Почему в науке возникло понятие «ноосфера»? На
современных этапах развития биосферы человеческая деятельность
все более становилась главенствующим фактором. Оказалось,
что по мере роста производительных сил темпы
социально-экономического развития человечества все более опережали
темпы природного эволюционного развития, а масштабы
воздействия человека на природу стали превосходить все известные
геологические процессы. Неразумно расширяя границы своей
экологической ниши, которую он занимал в биосфере как ее
естественный элемент, человек в процессе производственной
563
деятельности все в большей степени изменял многие
параметры биосферы. В результате в современный период в биосфере
нарушаются установившиеся скорости естественных
биохимических циклов, меняется климат, ухудшаются структура и
состав генофонда, снижается мощность озонового слоя и т. д. в
конечном итоге эти глобальные изменения могут оказаться
роковыми для человека и он попросту может лишиться места в
биосфере. «По-видимому, впервые за многие тысячи лет
человек вошел в крупный конфликт с биосферой» (Виноградов,
1973).
Единственный выход из этого положения, как считал
В.И. Вернадский, — создание ноосферы. Ноосфера — это
новый этап в истории биосферы, когда определяющая роль ее
развития перейдет от стихийного течения природных
процессов и антропогенного воздействия на природу к гармоничному
развитию природы и общества. Развитие человека и биосферы
пойдет в неразрывной связи, по единственно правильному
пути — коэволюции общества и биосферы, на котором не будет
ни победителей, ни господства одной из сторон.
«Геологически мы переживаем сейчас выделение в биосфере царства
разума, меняющего коренным образом и ее облик и ее строение —
ноосферы», — писал В. И. Вернадский. Конечно, само по себе
появление разума в голове человека еще не означает
разумность и общественно полезную значимость его действий. По
меткому выражению К. Маркса, «разум существовал всегда,
только не всегда в разумной форме».
По утверждению В. И. Вернадского, в сфере разума —
ноосфере — должна господствовать гуманистическая мысль, а это
предполагает прежде всего гуманизацию социальных
отношений, разумное отношение к природе, бережное отношение к ее
ресурсам. К природе нельзя относиться потребительски, это не
в интересах мыслящего человека.
Промежуточным этапом на пути формирования нового
экологического сознания следует считать и такие известные
философские течения, как «универсальная этика» (А. Швейцер»
М. Ганди и др.) и биоцентризм. В их основе — «благоговение
перед жизнью», равенство в своей самоценности всех живых
564
существ, признание совершенства и духовности Природы,
отказ от прагматического подхода в отношении к ней, и др.
Мерилом развития современной цивилизации должно стать
сохранение жизни. Жизнь — это абсолютная ценность, все, что
мешает жизни, выступает как антиценность.
Выдающийся мыслитель-гуманист А. Швейцер (1875—1965)
отмечал: «Благодаря власти, которую мы приобрели над
силами природы, мы освобождаемся от нее и ставим ее себе на
службу. Но одновременно мы отрываемся от природы...» и
далее: «только этика благоговения перед жизнью совершенна во
всех отношениях». По мнению А. Швейцера, недостатком всех
существующих этических систем является полное исключение
из них любых существ, отличных от человека.
Вся сложная и противоречивая история развития мировозр-
енческих представлений о взаимодействии природы и
общества (консервационизм, русский космизм, учение о ноосфере,
универсальная этика и биоцентризм) свидетельствует о движении
человечества к новому типу экологического сознания — эко-
центризму, к пониманию необходимости коэволюции
человека и биосферы.
Экоцентризм характеризуется следующими основными
особенностями (Дерябо, Ясвин, 1966):
1. Высшую ценность представляет гармоническое
развитие человека и природы. Человек — не собственник природы,
а один из членов природного сообщества.
2. Отказ от иерархической картины мира.
3. Целью взаимодействия с природой является
максимальное удовлетворение как потребностей человека, так и
потребностей всего природного сообщества.
4. Характер взаимодействия с природой определяется
своего рода «экологическим императивом»: правильно и
разрешено только то, что не нарушает существующее в природе
экологическое равновесие.
5. Этические нормы и правила равным образом
распространяются как на взаимодействие между людьми, так и
на взаимодействие с миром природы.
565
6. Развитие природы и человека мыслится как процесс
коэволюции, взаимовыгодного единства.
В последние годы в нашей стране и за рубежом начал
разрабатываться свод основных экологических положений и
принципов, которые, по мнению их авторов, должны соблюдаться
на всех уровнях жизни человека — от индивидуальной до
общечеловеческой. Среди них значительный интерес
представляют основные положения «биосферной этики», разработанные
с позиций экоцентризма российским ученым Ф. Я. Шипуно-
вым (1990):
1. Прежде всего не должно делать — много или мало — и
выбрасывать в биосферу отравляющие вещества —
ядохимикаты, фреоны, полихлорбифенилы и весь им подобный арсенал
искусственного химического мира, который никогда не
существовал в окружающей среде. Потому что всякое из этих
веществ, взаимодействуя с природными, порождает в биосфере
десятки и сотни других, так называемых парагенетических
веществ («пара» — рядом, около), многие из которых становятся
более ядовитыми, чем исходные.
... Следует воспроизводить... естественные вещества и
материалы, которые обычны в биосфере и разлагаются
микроорганизмами, т. е. естественным путем.
2. Не должно повышать радиационный уровень биосферы,
выбрасывая в нее искусственные радиоактивные изотопы от
атомной энергетики и промышленности.
3. Не должно к тому же добавлять в собственную среду
новые электромагнитные поля, так как они не исчезают
бесследно и сказываются на каждом живом существе.
4. Не следует растрачивать «основной капитал» энергии
биосферы и ее окружения, потому что в них нет ни одной калории
лишней энергии, которая могла быть использована даром и
без последствий.
5. Нельзя уничтожать и разрушать виды твердых, газовых
и жидких минералов, виды растений и животных, потому что
они есть не только продукт физико-химического и
биологического равновесия, но и носители этого равновесия,
определяющие организованность биосферы. Их нужно рассматривать и
566
оберегать как драгоценное наше состояние, как продукт
длительного планетно-космического процесса.
6. Не следует тем более уничтожать и разрушать любые
подразделения биосферы — луга, леса, болота, реки, озера,
эстуарии, заливы, моря и т. п. ... где сложным образом
взаимосвязаны и взаимодействуют разные виды живой и неживой
природы...
7. Не должно создавать организованность биосферы
техническими средствами... потому что это есть отказ от более
совершенной организованности природы в пользу менее
совершенной, это есть перевод биосферы на более низкую
качественную ступень...
В самой простой форме принципы биосферной этики (по
Ф. Я. Шипунову) таковы: уважение ко всему живому (и, в
частности, к человеку), уважение к природе, т. е. биосфере и ее
окружению, и уважение к Космосу.
Становление ноосферы и нового экологического сознания
будет длительным, «противоречивым и мучительным и
потребует новых принципов нравственности, среди которых
решающее значение будет иметь переход от принципа
количественного роста, беспредельного, примитивного накопления
материальных богатств за счет разрушения биосферы Земли к
принципу возвышения разума и духа при сдержанном, лишь
необходимом материальном достатке» (Войткевич, Вронский, 1996).
§ 2. Экологическое образование,
воспитание и культура
Экологическое образование — целенаправленно
организованный, планомерно и систематически осуществляемый
процесс овладения экологическими знаниями, умениями и
навыками. Указом Президента Российской Федерации «О
государственной стратегии Российской Федерации по охране
окружающей среды и обеспечению устойчивого развития» (1997 г.) в
качестве одного из важнейших направлений государственной
567
политики в области экологии намечено развитие
экологического образования и воспитания. Постановлением Правительства
создан Межведомственный совет по экологическому
образованию. Государственная Дума в первом чтении приняла
Федеральный закон «О государственной политике в области
экологического образования».
Вместе с социально-гуманитарным образованием
экологическое образование в современных условиях призвано
способствовать формированию у людей нового экологического
сознания, помогать им в усвоении таких ценностей,
профессиональных знаний и навыков, которые содействовали бы выходу
России из экологического кризиса и движению общества по пути
устойчивого развития.
Действующая в настоящее время в стране система
экологического образования носит непрерывный, комплексный,
междисциплинарный и интегрированный характер, с
дифференциацией в зависимости от профессиональной ориентации.
Созданы центры по экологическому образованию населения,
апробируется экологическая компонента содержания
профессионального образования. Специалисты экологического профиля
готовятся сегодня более чем в 40 университетах и академиях и 30
педагогических вузах России. В 1992 г. состоялся первый
выпуск бакалавров первого в России негосударственного высшего
учебного заведения экологического профиля —
Международного независимого эколого-политологического университета
(МНЭПУ). Одним из важнейших направлений своей
деятельности МНЭПУ считает содействие «становлению новой этики,
необходимой для пересмотра взаимоотношений, человека и
"биосферы"».
Координация усилий различных стран в сфере
экологического образования осуществляется Организацией
Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры
(ЮНЕСКО). Ее Генеральный директор Ф. Майор, считал
необходимой постановку Глобального экологического воспитания в
центр всех учебных программ, начиная с дошкольных
организаций и кончая вузами и системами переподготовки кадров. По
его представлениям, «наше выживание, защита окружающей
568
среды могут оказаться лишь абстрактными понятиями, если
мы не внушим каждому... простую и убедительную мысль:
люди — это часть природы, мы должны любить наши деревья
и реки, пашни и леса, как мы любим саму жизнь» (1990).
Экологическое воспитание призвано формировать
активную природоохранную позицию. Экологическое воспитание, по
Н. Ф. Реймерсу (1992), достигается с помощью комплекса
природоохранного и экологического обучения, включающего
воспитание в узком смысле слова, школьное и вузовское
экологическое просвещение, пропаганду экологического
мировоззрения.
Основные цели экологического воспитания в современных
условиях, провозглашенные в самых различных манифестах,
кодексах, сводах и т. д., могут быть сведены к следующим
постулатам, которые должны быть осознаны, поняты и
признаны всеми:
— всякая жизнь самоценна, уникальна и неповторима; человек
ответственен за все живое;
— Природа — была и всегда будет сильнее человека. Она вечна
и бесконечна. Основой взаимоотношения с Природой
должна стать взаимопомощь, а не противоборство;
— чем более разнообразна биосфера, тем она устойчивее;
— призрак экологического кризиса стал грозной явью; человек
оказывает на природную среду недопустимое по масштабам
дестабилизирующее воздействие;
— если все оставить так как есть (или слегка модернизировать),
то «уже скоро — спустя всего лишь 20—50 лет, Земля
ответит одуревшему человечеству неотразимым ударом на
уничтожение»;
— сложившийся в массовом сознании в течение многих лет
антропоцентрический тип сознания должен быть вытеснен
новым видением мира — экоцентрическим;
— люди должны быть ориентированы и готовы к
радикальному изменению системы ценностей и поведения, а именно, к
отказу от перепотребления (для развитых стран), от уста-
569
новки на многодетную семью (для развивающихся стран) и
от экологической безответственности и вседозволенности
Экологическое воспитание должно базироваться на
основном постулате о том, что выход из экологического кризиса в
современных условиях возможен. Ключи к решению
глобальной экологической проблемы — в переоценке
мировоззренческих ценностей и в «смене приоритетов», а также в
нормализации численности населения через планирование семьи, в
неустанной практической работе по реализации основных
направлений в охране окружающей среды.
Вряд ли можно согласиться с теми авторами, которые
утверждают, что в процессе «смены приоритетов» воспитание
экологического сознания играет важную, но все-таки не главную
роль. По их мнению, главный фактор успеха — экономический,
а экологическое самосознание лишь облегчает переход к
экономному образу жизни.
Конечно, одного экологического мышления при решении
природоохранных работ будет мало, если оно не опирается на
прочную экономическую основу. Но, с другой стороны,
возможно ли осуществить концепцию экологически устойчивого
развития, при котором экономика должна развиваться наряду,
вместе с экологией, людьми, у которых сформировался
антропоцентрический тип экологического сознания?
Предлагаем самим студентам порассуждать на эту тему и
сделать необходимые выводы. Предварительно можем
предложить следующую цитату: «Мы получили в наследство
невыразимо прекрасный и многообразный сад, но беда в том, что
мы никудышные садовники. Мы не позаботились о том,
чтобы усвоить простейшее правило садоводства. С
пренебрежением относясь к нашему саду, мы готовим себе в не очень
далеком будущем мировую катастрофу не хуже атомной войны,
причем делаем это с благодушным самодовольством малолетнего
идиота, стригущего ножницами картину Рембрандта» (Дж. Дар-
релл).
Высшей стадией экологизации сознания является
экологическая культура, под которой понимают весь комплекс
навыков бытия в контакте с окружающей средой. Все большее
570
число ученых и специалистов склоняются к мнению, что
преодоление экологического кризиса возможно лишь на основе
экологической культуры, центральная идея которой: совместное
гармоническое развитие природы и человека и отношение к
природе не только как к материальной, но и как к духовной
ценности. Российские ученые В. И. Данилов-Данильян и К. С.
Лосев (1996) утверждают, что человеку надо думать не об
управлении эволюцией, а об управлении самим собой, что означает
прежде всего следование законам Природы. Человек должен
осознать свою роль в биосфере как одного из видов, который,
как и все остальные, обязан подчиняться законам развития
биосферы.
Мировое сообщество не может существовать без
экологической культуры, поскольку без нее трудно рассчитывать на
выживание человечества в условиях экологического кризиса.
Именно поэтому одним из ведущих международных проектов
ООН в области культуры, науки и образования является
программа «Экологическая культура». Правила «не повреди» и
«думать глобально, действовать локально» обязательны для всех
людей (Реймерс, 1992). Во имя жизни на Земле человечеству
предстоит возродить, сберечь и развить все основные ценности
экологической культуры.
Контрольные вопросы
/. Охарактеризуйте основные этапы формирования
нового экологического мировоззрения.
2. В чем суть ноосферного мышления?
3. Почему на смену антропоцентризму должен прийти
новый тип экологического сознания — экоцентризм?
4. Каковы основные принципы биосферной этики (по
Ф.Я. Шипунову)?
5. Что такое экологическое образование, воспитание и
культура?
571
ГЛАВА 24
МЕЖДУНАРОДНОЕ СОТРУДНИЧЕСТВО
В ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИИ
Мы выживем вместе, в противном случае не
выживет никто.
М. Стронг
(из речи на Конференции ООН по окружающей
среде и развитию, Рио-де-Жанейро, 1992 г.)
Гармонизация международных экологических
отношений — один из основных путей выхода мирового сообщества из
экологического кризиса. Общепризнано, что реализовать
стратегию выхода из него можно лишь на основе единства
природоохранных действий всех государств. Сегодня ни одна страна не в
состоянии решить свои экологические проблемы в одиночку или
сотрудничая лишь с небольшой группой стран. Необходимы
четкие согласованные усилия всех государств, координация их
действий на строгой международно-правовой основе.
Природа не знает государственных границ, она всеобща и
едина. Поэтому нарушения в экосистеме одцой страны
неминуемо вызывают ответную реакцию в сопредельных.
Например, если промышленные предприятия ФРГ или Англии
выбрасывают в атмосферу дымовые газы с недопустимо высоким
процентом вредных примесей, то это негативно сказывается не
только на экологическом состоянии этих стран, но наносит
значительный ущерб флоре и фауне соседних Скандинавских стран.
Понятно, что не признают государственных границ и все дрУ"
гие компоненты природной среды (речной сток, морские
акватории, мигрирующие виды животных и т. п.).
572
Высокая приоритетность экологического фактора в
международных отношениях постоянно возрастает, что связано с
прогрессирующим ухудшением состояния биосферы. Все
основные слагаемые экологического кризиса (парниковый эффект,
истощение озонового слоя, деградация почв, радиационная
опасность, трансграничный перенос загрязнений, исчерпание
энергетических и других ресурсов недр планеты, и т. п.) становятся
экологическими императивами и определяют новые нормы и
правила взаимодействия государств. Есть все.основания
полагать, что в XXI в. экология будет в ряду высших приоритетов
глобальной системы международных отношений. Уже сейчас
некоторые государственные деятели считают целесообразным
создание такого надгосударственного органа, который бы
управлял охраной и рациональным использованием окружающей
среды во всех государствах и регионах.
§ 1. Международные объекты охраны
окружающей среды
Объекты охраны окружающей среды подразделяются на
национальные (внутригосударственные) и международные
(общемировые).
К национальным (внутригосударственным) объектам
относятся земля, воды, недра, дикие животные и другие
элементы природной среды, которые находятся на территории
государства. Национальными объектами государства распоряжаются
свободно, охраняют и управляют ими на основании
собственных законов в интересах своих народов.
Международные объекты охраны окружающей среды
(рис. 24.1) — это объекты, которые находятся либо в пределах
международных пространств (Космос, атмосферный воздух,
Мировой океан и Антарктида), либо перемещаются по
территории различных стран (мигрирующие виды животных). Эти
объекты не входят в юрисдикцию государств и не являются
чьим-либо национальным достоянием. Их осваивают и
охраняют на основании различных договоров, конвенций, протоко-
573
Рис. 24.1. Классификация международных объектов охраны
окружающей среды
лов, отражающих совместные усилия международного
сообщества.
Существует еще одна категория международных объектов
природной среды, которая охраняется и управляется
государствами, но взята на международный учет. Это, во-первых,
природные объекты, представляющие уникальную ценность и
взятые под международный контроль (заповедники,
национальные парки, резерваты, памятники природы); во-вторых, исче-
574
зающие и редкие животные и растения, занесенные в
международную Красную книгу и, в-третьих, разделяемые
природные ресурсы, постоянно или значительную часть года
находящиеся в пользовании двух или более государств (река Дунай,
Балтийское море и др.).
Одним из важнейших объектов международной охраны
является Космос. Ни одна страна в мире не имеет каких-либо прав
на космическое пространство. Космос — достояние всего
человечества. Этот и другие принципы отражены в международных
Договорах по использованию космического пространства. В них
международным сообществом признаны: недопустимость
национального присвоения частей космического пространства,
включая Луну и другие небесные тела; недопустимость вредного
воздействия на Космос и загрязнения космического пространства.
Оговорены также условия спасения космонавтов.
Для ограничения военного использования Космоса
большое значение имели Договор об ограничении систем
противоракетной обороны и советско-американские Соглашения об
ограничении стратегических наступательных вооружений (СНВ).
Мировой океан также представляет собой объект
международной охраны. Он содержит огромное количество полезных
ископаемых, биологических ресурсов, энергии. Велико и
транспортное значение океана. Освоение Мирового океана должно
проводиться в интересах всего человечества.
Попытки оформления национальных притязаний на
морские ресурсы и пространства предпринимались давно и к 50—
70-м гг. прошлого столетия вызвали необходимость
юридического регулирования освоения Мирового океана. Эти вопросы
рассматривались на трех международных конференциях и
завершились подписанием более чем 120 странами Конвенции
ООН по морскому праву (1973 г.). Конвенцией ООН
признается суверенное право прибрежных государств на биоресурсы в
200-мильных прибрежных зонах. Подтверждена незыблемость
принципа свободного мореплавания (за исключением
территориальных вод, внешняя граница которых установлена на
12-мильном расстоянии от берега).
Антарктиду справедливо называют материком мира и меж-
575
дународного сотрудничества. В 1959 г. СССР, США, Англия,
Франция, Аргентина и ряд других стран заключили Договор об
Антарктиде, в котором провозглашалась свобода научных
исследований, использование этого материка только в мирных
целях, определялся международно-правовой режим Антарктиды.
Новые, более жесткие меры по охране животного и
растительного мира, удалению отходов и предупреждению загрязнения
отражены в Протоколе, подписанном в октябре 1991 г. в
Мадриде по итогам международного сотрудничества в Антарктиде.
Еще один важнейший международный объект охраны
окружающей среды — атмосферный воздух. Усилия
международного сообщества нацелены главным образом на
предупреждение и устранение трансграничного переноса загрязнителей
атмосферы и охрану озонового слоя от разрушения.
Международные отношения в этих вопросах регулируются
Конвенцией 1979 г. о трансграничном загрязнении воздуха на
большие расстояния, Монреальскими (1987) и Венскими (1985)
соглашениями по озоновому слою, Конвенцией о
трансграничном воздействии промышленных аварий (1992) и другими
согласованными документами.
Особое место среди международных конвенций и
соглашений по охране воздушного бассейна имел Московский договор
1963 г. о запрещении испытаний ядерного оружия в
атмосфере, космическом пространстве и под водой, заключенный
между СССР, США и Англией, другие соглашения 70—90-х гг. об
ограничении, сокращении и запрещении испытаний ядерного,
бактериологического, химического оружия в различных средах
и регионах. В 1996 г. в ООН торжественно подписан Договор о
всеобъемлющем запрещении ядерных испытаний.
§ 2. Основные принципы международного
экологического сотрудничества
Международное сотрудничество в области охраны
окружающей среды регулируется международным экологическим
правом, в основе которого лежат общепризнанные принципы и нор-
576
мы. Важнейший вклад в становление этих принципов внесли
Стокгольмская конференция ООН по проблемам окружающей
человека среды (1972 г.), Всемирная хартия природы (ВХП),
одобренная Генеральной Ассамблеей (1982 г.) и
Международная конференция ООН по окружающей среде и развитию (Рио-
де-Жанейро, 1992 г.). Соответственно в истории развития
(кодификации) основных экологических принципов
международного сотрудничества обычно выделяют три этапа (периода).
1. Стокгольмская конференция ООН по окружающей
среде (1972) ознаменовала начало важнейшего этапа в
экологической политике государств и международных сообществ. По
итогам конференции была принята Декларация, в которой
определялись стратегические цели и направления действий мирового
сообщества в области охраны окружающей среды.
Стокгольмская конференция провозгласила 5 июня
Всемирным днем окружающей среды. На конференции был образован
постоянно действующий орган ООН по окружающей среде
(ЮНЕП) со штаб-квартирой в г. Найроби (Кения).
Программа ЮНЕП предусматривает организацию и
планирование природоохранных действий в пределах трех
функциональных направлений: 1) оценка окружающей среды —
глобальная система наблюдений; 2) управление окружающей средой;
3) вспомогательные меры (образование в области окружающей
среды и подготовка кадров). ЮНЕП координирует также
деятельность других международных организаций по
использованию, воспроизводству и охране компонентов окружающей
среды — земель, вод, атмосфры, растительного и животного
мира и др.
2. Всемирная хартия природы (ВХП) принята
Генеральной Ассамблеей ООН 28 октября 1982 г. Как и Стокгольмская
декларация, Всемирная хартия природы определила
приоритетные направления экологической деятельности
международного сообщества на тот период, что в значительной мере
предопределило дальнейшее формирование экологической
политики государств. По мнению многих ученых и специалистов,
Всемирная хартия природы в сравнении с конференцией в г. Сток-
577
гольме (1972 г.) продвинулась дальше по пути «генерализации
международных юридических принципов охраны окружающей
среды и рационального использования природных ресурсов».
В Хартии провозглашались следующие основные принципы:
1. Человечество осознает, что является составной частью
природы. Поэтому к природе следует относиться.с уважением
и не нарушать ее основных принципов.
2. Генетическая основа жизни на Земле не должна
подвергаться опасности. Популяция каждой формы жизни, дикой или
одомашненной, должна сохраняться, необходимую для этого
среду обитания следует сохранять.
3. Все регионы Земли, как на суше, так и на морях,
должны быть подчинены охране в соответствии с этими
требованиями, особая защита должна обеспечиваться уникальным
районам — типичным представителям всех видов экосистем и
среды обитания редких или исчезающих видов.
4. Природные ресурсы должны не расточаться, а
использоваться умеренно, как того требуют принципы, изложенные в
настоящей Хартии; биологические ресурсы используются лишь
в пределах их природной способности к восстановлению;
ресурсы многократного пользования, включая воду, используются
повторно или рециркулируются.
Согласно Хартии, деградация природных систем в
результате чрезмерного и нерационального использования природных
ресурсов, так же как и неспособность установить прочный эко-
лого-экономический порядок между странами и народами,
ведут к подрыву основ цивилизации.
3. Конференция ООН по окружающей среде и развитию
(Рио-де-Жанейро, 3—14 июня 1992 г.). В Рио-де-Жанейро
встретились 114 глав государств, представители 1600
неправительственных организаций. Бесспорно, это был самый
впечатляющий форум по экологии в XX в.
Открывая конференцию, Генеральный секретарь ООН
Бутрос Гали отметил: «Никогда ранее в истории так много не
зависело для вас самих, для ваших детей, для ваших внуков, для
жизни во всем многообразии ее форм от того, что вы делаете
или не делаете».
578
На конференции были одобрены пять основных
документов: Декларация РИО об окружающей среде и развитии;
Повестка дня — XXI в.; Заявление о принципах управления,
сохранении и устойчивого развития всех типов лесов; Рамочная
конвенция по проблеме изменений климата; Конвенция по
биологическому разнообразию.
Важнейшими достижениями Конференции ООН было
признание следующих фактов: «проблема окружающей среды и
экономического развития не могут рассматриваться раздельно»
(принцип 4), «государства должны сотрудничать в духе
всемерного партнерства с целью сохранить, защитить и восстановить
здоровье и целостность экосистемы Земли» (принцип 7), «мир,
развитие и защита окружающей среды взаимосвязаны и
неразделимы» (принцип 25). В основу разработки экологической
стратегии государством мирового сообщества рекомендовалось
положить концепцию устойчивого развития.
На Конференции было подчеркнуто, что устойчивому
развитию, под которым понимается одновременное решение
проблем экономического развития и экологии, нет разумной
альтернативы.
Подводя итоги конференции, генеральный секретарь
оргкомитета М. Стронг (Канада) подчеркнул беспрецендентный
масштаб и значимость этого события. «Мир после
конференции должен стать другим, -— заявил он. — Другими должны
стать дипломатия и система международных отношений ООН,
а также правительства, принявшие на себя обязательства
продвигаться к устойчивому развитию». Для человеческой
популяции среда обитания — вся биосфера, которая представляет
единую и целостную систему, поэтому успешное продвижение
всего мирового сообщества к устойчивому развитию возможно
лишь на основе согласованных усилий всех государств.
В 2002 г. в Йоханнесбурге (ЮАР) состоялся крупнейший
Всемирный саммит по устойчивому развитию «Рио + 10», на
котором были подведены итоги первого десятилетия движения
мирового сообщества по пути устойчивого развития.
579
§ 3. Участие России в международном
экологическом сотрудничестве
Наша страна играет значительную роль в решении
глобальных и региональных экологических проблем. Будучи
правоприемником СССР, Российская Федерация взяла на себя
договорные обязательства бывшего СССР по предотвращению
экологической катастрофы, сохранению биосферы и обеспечению
развития человечества.
Основные направления международного сотрудничества
России в области охраны окружающей среды следующие: 1) го-*
сударственные инициативы;. 2) международные организации;
3) международные конвенции и соглашения; 4) двустороннее
сотрудничество.
Государственные инициативы по международному
сотрудничеству в области охраны окружающей среды имеют давнюю
историю. Только в последние годы нашей страной был
выдвинут целый ряд конструктивных предложений по
международному сотрудничеству в целях экологической безопасности,
например, по природоохранному взаимодействию в
Азиатско-Тихоокеанском регионе (г. Красноярск, сентябрь 1988 г.), по защите
морской среды Балтики (г. Мурманск, октябрь 1987 г.), по
координации усилий в области экологии под эгидой ООН (43-я
Сессия Генеральной Ассамблеи ООН, декабрь 1988 г.).
Российская Федерация продолжает играть активную роль в
международном экологическом сотрудничестве. В частности,
важные предложения участникам конференции в
Рио-де-Жанейро (1992) содержались в послании Президента России.
Решения Конференции были одобрены в России и нашли
отражение в Концепции перехода Российской Федерации на модель
устойчивого развития. Россия уделяет большое внимание и
организации международного партнерства по решению проблем
такого перехода.
Международные организации по охране природы
действуют почти во всех странах мира. Органы руководства
сосредоточены прежде всего в ООН. Ключевую функцию по
организации природоохранной деятельности в системе ООН осуществ-
580
ляет упомянутая выше ЮНЕП — Программа ООН по
окружающей среде. Россия активно сотрудничает в области охраны
окружающей среды с ЮНЕП и с другими организациями по
вопросам выработки стратегии защиты от загрязнения, создания
системы глобального мониторинга, борьбы с опустыниванием
и др.
Большую активность в решении глобальных
природоохранных проблем проявляет Международный союз охраны
природы (МСОП), переименованный в 1990 г. во Всемирный союз
охраны природы. СССР вступил в союз на правах
члена-государства в 1991 г., а сейчас это членство продолжает Российская
Федерация. В настоящее время МСОП стал одним из лидеров
в разработке проблем биоразнообразия. По инициативе МСОП
выпущена Международная Красная книга редких и
исчезающих видов растений и животных (в пяти томах).
Много внимания Россия уделяет работе и в других
специализированных организациях ООН, имеющих комплексный
природоохранительный характер, в частности: ЮНЕСКО
(Организация Объединенных Наций по вопросам образования,
науки и культуры), ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения),
ФАО (орган ООН по продовольствию и сельскому хозяйству).
Укрепляются научные связи России с МАГАТЭ
(Международное агентство по атомной энергии). Россия активно
содействует реализации основных программ Всемирной
метеорологической организации ООН (ВМО), в частности Всемирной
климатической программы. По каналам ВМО в Россию поступает
информация о состоянии Мирового океана, атмосферы,
озонового слоя Земли и загрязнении окружающей среды.
Россия продолжает развивать и углублять экологическое
сотрудничество по линии международных конвенций (договоров)
и соглашений на многосторонней основе. Свыше 50
международных документов, подписанных Российской Федерацией, а
также бывшим СССР и принятых ею к исполнению,
регулируют ныне российское экологическое сотрудничество с другими
государствами.
Продолжается сотрудничество в рамках Конвенции ООН
по морскому праву (1982 г.) и по другим соглашениям и дого-
581
ворам об охране Мирового океана. Большая работа ведется по
выполнению Конвенций: о сохранении живых ресурсов в
Балтийском море (1973 г.); о международной торговле видами
дикой фауны и флоры (1973 г.); о защите Черного моря
(ратифицирована в 1993 г.); о сохранении водно-болотных угодий
(1971 г.) и многих других. В июле 1992 г. Россия стала членом
Конвенции о биологическом разнообразии.
Говоря о международных договорах, заключенных Россией
на многосторонней основе, нельзя не сказать о
международном сотрудничестве со странами СНГ — бывшими союзными
республиками СССР. Основным документом здесь является
межправительственное Соглашение о взаимодействии в области
экологии и охраны окружающей среды, подписанное в Москве
в феврале 1992 г. представителями десяти стран.
На основе межправительственных соглашений
развивается двустороннее сотрудничество со всеми пограничными
странами, включая государства СНГ, а также с США,
Великобританией, Францией, Китаем и другими государствами.
Наиболее плодотворно в настоящее время развивается
российско-американское сотрудничество (проблема озера Байкал,
мероприятия по регулированию качества воды, организация
заповедников и др.), российско-германские связи (экологические
проблемы в регионах, район озера Байкал, обмен
радиологической информацией и др.), а также сотрудничество со
Скандинавскими странами (экологически безопасные технологии,
строительство водоочистных сооружений, охраняемые
территории на Карельском перешейке). В последние годы, в
условиях недостаточного финансового обеспечения решению
природоохранных проблем способствовала реализация нескольких
экологических проектов при финансовой поддержке
Всемирного банка, Европейского банка реконструкции и развития,
Глобального экологического фонда и других организаций.
Несмотря на достигнутые успехи, для выхода из
экологического кризиса необходимо дальнейшее развитие и
активизация международного сотрудничества как на двусторонней, так
и на многосторонней основе, включая организации системы
ООН.
582
Россия, на долю которой приходится значительная часть
экосистем, практически не затронутых хозяйственной
деятельностью (более 1/3 территории России, или 700—800 млн га, в
том числе опорный стабилизирующий блок биосферы —
Сибирь), непременно будет играть все более возрастающую роль
в решении экологических проблем всего мирового сообщества.
Контрольные вопросы
/. Обоснуйте необходимость гармонизации
международных экологических отношений.
2. Какие объекты окружающей среды относят к
национальным и международным?
3. Что вы знаете о важнейшем форуме по экологии в XX
веке — Конференции ООН в Рио-де-Жанейро 1992 г. ?
4. Какова роль России в международном экологическом
содружестве?
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МАНИФЕСТ
(по Н. Ф. Реймерсу)
(ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ)
Природа. Тысячелетиями мы боролись с ней, покоряли ее,
преобразовывали, нещадно уничтожали.
Но не природе нужна наша защита. Это нам необходимо ее
покровительство: чистый воздух, чтобы дышать, кристальная
вода, чтобы пить, вся Природа, чтобы жить. Она — Природа —
была и всегда будет сильнее человека, ибо она его породила.
Он лишь миг в ее жизни. Она же вечна и бесконечна.
Биосфера серьезно больна. Ее поразило вмешательство
человека в ее жизнь. Бездумная техника сминает природу,
кромсает биосферу, давит человечество, травит Землю.
Этот путь окончен. Век безоглядной эксплуатации
природы человеком позади. Природа требует воспроизводства. В
обращении с планетой нужны глубокие знания и мудрая
осторожность. Они — символ экологии.
Объединимся же под знаком мудрости
экологического гуманизма!
Наше НЕТ :
— любым войнам,
— любым битвам с Природой,
— безграмотному технократизму и волюнтаризму в
природопользовании,
— шапкозакидательству в демографии,
— технократическому гигантизму, который всегда предвещает
начало конца,
— всему, что конъюнктурно и не обещает реальных
экономических, социальных и экологических выгод на перспективу
столетий, и только в этой совокупности благ, а не иначе,
— любому, что грозит биосфере Земли, угрожает людям,
каждому человеку.
584
Наше ДА :
— миру и спокойствию,
— любви и уважению к Природе — фундаменту и условию
человеческой жизни,
— сохранению биосферы того типа, в которой возник и
развивался Человек разумный,
— максимальному сбережению видов живого, мест обитания,
— ресурсосберегающим, экономным и малоотходным
технологиям,
— «замкнутым» циклам производства,
— новым биологизированным путям развития сельского
хозяйства,
— заводам без дыма, фабрикам без ядовитых стоков,
автомашинам без удушливого выхлопа,
— тишине,
— трезвой демографической стратегии,
— экологической культуре.
Грядет новая эпоха. На пороге глобальная революция —
мирная революция экологии. Ее цели — выживание планеты
Земля. Зеленый свет всему, что сберегает ресурсы жизни.
Основные понятия и определения
в области экологии, охраны
окружающей среды
и природопользования
В Федеральном законе Российской Федерации «Об охране
окружающей среды» (2002) используются следующие основные
понятия и определения:
окружающая среда — совокупность компонентов
природной среды, природных и природно-антропогенных объектов, а
также антропогенных объектов;
природная среда (далее также — природа) — совокупность
компонентов природной среды, природных и
природно-антропогенных объектов;
компоненты природной среды — земля, недра, почвы,
поверхностные и подземные воды, атмосферный воздух,
растительный, животный мир и иные организмы, а также озоновый
слой атмосферы и околоземное космическое пространство,
обеспечивающие в совокупности благоприятные условия для
существования жизни на Земле;
природный объект —- естественная экологическая система,
природный ландшафт и составляющие их элементы,
сохранившие свои природные свойства;
природно-антропогенный объект — природный объект,
измененный в результате хозяйственной и иной деятельности, и
(или) объект, созданный человеком, обладающий свойствами
природного объекта и имеющий рекреационное и защитное
значение;
антропогенный объект — объект, созданный человеком
для обеспечения его социальных потребностей и не
обладающий свойствами природных объектов;
естественная экологическая система — объективно
существующая часть природной среды, которая имеет
пространственно-территориальные границы и в которой живые (растения,
животные и другие организмы) и неживые ее элементы взаимо-
586
действуют как единое функциональное целое и связаны между
собой обменом веществом и энергией;
природный комплекс — комплекс функционально и
естественно связанных между собой природных объектов,
объединенных географическими и иными соответствующими
признаками;
природный ландшафт — территория, которая не
подверглась изменению в результате хозяйственной и иной
деятельности и характеризуется сочетанием определенных типов
рельефа местности, почв, растительности, сформированных в
единых климатических условиях;
охрана окружающей среды — деятельность органов
государственной власти Российской Федерации, органов
государственной власти субъектов Российской Федерации, органов
местного самоуправления, общественных и иных
некоммерческих объединений, юридических и физических лиц,
направленная на сохранение и восстановление природной среды,
рациональное использование и воспроизводство природных
ресурсов, предотвращение негативного воздействия хозяйственной
и иной деятельности на окружающую среду и ликвидацию ее
последствий;
• качество окружающей среды — состояние окружающей
среды, которое характеризуется физическими, химическими,
биологическими и иными показателями и (или) их
совокупностью;
благоприятная окружающая среда — окружающая среда,
качество которой обеспечивает устойчивое функционирование
естественных экологических систем, природных и природно-
антропогенных объектов;
природные ресурсы — компоненты природной среды,
природные объекты и природно-антропогенные объекты, которые
используются или могут быть использованы при
осуществлении хозяйственной и иной деятельности в качестве источников
энергии, продуктов производства и предметов потребления и
имеют потребительскую ценность;
загрязнение окружающей среды — поступление в
окружающую среду вещества и (или) энергии, свойства, местополо-
587
жение или количество которых оказывают негативное
воздействие на окружающую среду;
загрязняющее вещество — вещество или смесь веществ,
количество и (или) концентрация которых превышают
установленные для химических веществ, в том числе радиоактивных,
иных веществ и микроорганизмов нормативы и оказывают
негативное воздействие на окружающую среду;
нормативы в области охраны окружающей среды —
установленные нормативы качества окружающей среды и
нормативы допустимого воздействия на нее, при соблюдении
которых обеспечивается устойчивое функционирование
естественных экологических систем и сохраняется биологическое
разнообразие;
нормативы качества окружающей среды — нормативы,
которые установлены в соответствии с физическими,
химическими, биологическими и иными показателями для оценки
состояния окружающей среды и при соблюдении которых
обеспечивается благоприятная окружающая среда;
нормативы допустимого воздействия на окружающую
среду — нормативы, которые установлены в соответствии с
показателями воздействия хозяйственной и иной деятельности
на окружающую среду и при которых соблюдаются нормативы
качества окружающей среды;
нормативы допустимой антропогенной нагрузки на
окружающую среду — нормативы, которые установлены в
соответствии с величиной допустимого совокупного воздействия
всех источников на окружающую среду и (или) отдельные
компоненты природной среды в пределах конкретных территорий
и (или) акваторий и при соблюдении которых обеспечивается
устойчивое функционирование естественных экологических
систем и сохраняется биологическое разнообразие;
нормативы допустимых выбросов и сбросов химических
веществ, в том числе радиоактивных, иных веществ и
микроорганизмов — нормативы, которые установлены для
субъектов хозяйственной и иной деятельности в соответствии с
показателями массы химических веществ, в том числе
радиоактивных, иных веществ и микроорганизмов, допустимых для по-
588
ступления в окружающую среду от стационарных,
передвижных и иных источников в установленном режиме и с учетом
технологических нормативов, и при соблюдении которых
обеспечиваются нормативы качества окружающей среды;
технологический норматив — норматив допустимых
выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов, который
устанавливается для стационарных, передвижных и иных источников,
технологических процессов, оборудования и отражает
допустимую массу выбросов и сбросов веществ и микроорганизмов в
окружающую среду в расчете на единицу выпускаемой
продукции;
нормативы предельно допустимых концентраций
химических веществ, в том числе радиоактивных, иных веществ и
микроорганизмов — нормативы, которые установлены в
соответствии с показателями предельно допустимого содержания
химических веществ, в том числе радиоактивных, иных веществ
и микроорганизмов в окружающей среде и несоблюдение
которых может привести к загрязнению окружающей среды,
деградации естественных экологических систем;
нормативы допустимых физических воздействий —
нормативы, которые установлены в соответствии с уровнями
допустимого воздействия физических факторов на окружающую
среду и при соблюдении которых обеспечиваются нормативы
качества окружающей среды;
лимиты на выбросы и сбросы загрязняющих веществ и
микроорганизмов — ограничения выбросов и сбросов
загрязняющих веществ и микроорганизмов в окружающую среду,
установленные на период проведения мероприятий по охране
окружающей среды, в том числе внедрения наилучших
существующих технологий, в целях достижения нормативов в области
охраны окружающей среды;
оценка воздействия на окружающую среду — вид
деятельности по выявлению, анализу и учету прямых, косвенных и
иных последствий воздействия на окружающую среду
планируемой хозяйственной и иной деятельности в целях принятия
решения о возможности или невозможности ее осуществления;
мониторинг окружающей среды (экологический монито-
589
ринг) — комплексная система наблюдений за состоянием
окружающей среды, оценки и прогноза изменений состояния
окружающей среды под воздействием природных и
антропогенных факторов;
государственный мониторинг окружающей среды
(государственный экологический мониторинг) — мониторинг
окружающей среды, осуществляемый органами государственной
власти Российской Федерации и органами государственной
власти субъектов Российской Федерации;
контроль в области охраны окружающей среды
(экологический контроль) — система мер, направленная на
предотвращение, выявление и пресечение нарушения законодательства в
области охраны окружающей среды, обеспечение соблюдения
субъектами хозяйственной и иной деятельности требований, в
том числе нормативов и нормативных документов, в области
охраны окружающей среды;
экологический аудит — независимая комплексная,
документированная оценка соблюдения субъектом хозяйственной и
иной деятельности требований, в том числе нормативов и
нормативных документов, в области охраны окружающей среды,
требований международных стандартов и подготовка рекомен:
даций по улучшению такой деятельности;
вред окружающей среде — негативное изменение
окружающей среды в результате ее загрязнения, повлекшее за собой
деградацию естественных экологических систем и истощение
природных ресурсов;
экологический риск — вероятность наступления события,
имеющего неблагоприятные последствия для природной
среды и вызванного негативным воздействием хозяйственной и
иной деятельности, чрезвычайными ситуациями природного и
техногенного характера.
экологическая безопасность — состояние защищенности
природной среды и жизненно важных интересов человека от
возможного негативного воздействия хозяйственной и иной
деятельности, чрезвычайных ситуаций природного и
техногенного характера, их последствий.
590
предметный указатель
А
Абиотическая среда 29
Абиотические факторы 43
Абиссальная зона 208
Автотрофные организмы 31
Агроэкосистемы 261
Адаптация 33, 48, 49
Акклиматизация 55, 489
Аллелопатия 116
Альбедо 373
Аменсализм 47, 116
Антибиоз 116
Антропогенные воздействия
— косвенные 288
— положительные 289
— прямые 288
— отрицательные 289
— стихийные 287
— экстремальные 399
Антропогенные экосистемы
260,263
Антропоцентризм 561
Апвеллинг 207, 210
Аральское море 333
Архитектурно-планировочные
мероприятия 457
Атмосфера 159
Атмосферные газы
(экологический фактор) 64
Аутвеллинг 207
Афотическая зона 210
Б
Бактерии 38
Бактериологическое оружие 403
Батиальная зона 208
Безотходная технология 4$
Бентос 200, 210
Биогенные
— вещества 67
— макроэлементы 67
— микроэлементы 68
Биогеохимические циклы ill
— азота 175
— кислорода 174
— серы 178
— углерода 173
— фосфора 178
Биогеоценоз 40, 105
Биогеоценология 30
Биокосное вещество 217
Биологические ритмы 275
Биологические часы 57
Биологический вид 28
Биологическое накопление 1)2
Биом 185
Биомасса 135
Биоразнообразие 223,365
Биосфера 155
Биосферная этика 566
Биосферные заповедники 49'
Биота 38
Биотехнические мероприятия
489
Биотехнология 442
Биотические сообщества 105
Биотические факторы 45
Биотоп 28, 105
Биоценоз 29, 105
591
Биоцентризм 564
Болезни человека
— абиологические тенденции
280
— акселерация 275
— аллергизация населения 276
— инфекционные 271,279
— онкологические 276
Болота 206
Бореальные хвойные леса 191
Ботанические сады 500
Бури магнитные 395
В
Ветровая эрозия почв 339
Вечная мерзлота 358, 483
Взаимодействие между видами
46,113
Видовое разнообразие 106
Внутривидовое взаимодействие
46
Вода (экологический фактор) 58
Водная эрозия 341
Водоохранные зоны 467
Водоросли 40
— сине-зеленые 37, 39
Водохранилища 205, 334
Возрастные пирамиды 246
Всемирная хартия природы
(ВХП) 577
Вторичное засоление почв 76,
347
Вулканические извержения 41301
Г
Газо-дымовые выбросы 345
Гаузе принцип 114
Генетические банки 488
Генофонд 28, 240
Геологическая среда 269
Геопатогенные зоны 274
Геофизические поля
(экологические факторы) 69
Гетеротрофная сукцессия 146
Гетеротрофные организмы 31
Гигиена 282
Гидросфера 157, 318
Гиполимнион 204
Глобальный мониторинг 534
Гомеостаз 32, 128
Гомойотермные животные 53
Гормоны 34
Горные породы 156, 352
Городская среда 241
Государственные природные
заповедники 496
Грибы 40
Гумификация 127
Гумус 72
д
Деградация почв 338
Демографический взрыв 246
Дендрологические парки и
ботанические сады 500
Депопуляция 271
Детоксикация отходов 501
Детрит 127
Детритные цепи разложения
132
Деструкторы 32
Децибел 391
Диоксины 389
Добывание чрезмерное 380
Договор о комплексном
природопользовании 551
Доминанты 107
Дрифтерные сети 491
Дыхание 33, 126
Ж
Живое вещество 162, 217
— функции 171
Животное дикое 488
Животный мир 40, 377
Жизненная(ые) форма(ы) 54, 55
3
Заболачивание почв 347, 473
Загрязнение
— антропогенное 290, 296
592
— атмосферы 296
— бактериальное 320
— биологическое 393
— биоценотическое 292
— гидросферы 318, 469
— глобальное 296
— ингредиентное 292
— местное 296, 302
— механическое 321
— нефтяное 324,347
— параметрическое 292
— почв 342, 475
— природное 290
— радиоактивное 298, 320
— региональное 296
— стациально-деструкционное
292
— тепловое 321
— трансграничное 302
— химическое 319
— физическое 354
— шумовое 391
Загрязнители вод 319
Загрязнители (поллютанты)
воздуха 297
Заказники 498
Закачка сточных вод 465
Закисление озер 314
Закон
— биогенетический 36
— биоклиматический 58
— биологической стойкости 53
— минимума Либиха 49
— независимости
экологических факторов 50
— толерантности Шелфорда 50
— целостности биосферы 213
Закон об охране окружающей
среды 517
Замкнутый цикл
водопользования 441
Заповедники 496
Засуха 419
Защита противоэпидемическая
512
Защита растений от вредителей
и болезней 485
Землетрясения 410
Зона
— повышенного
экологического риска 530
— санитарной охраны 470
— чрезвычайной экологической
ситуации 399, 530
— экологического бедствия 530
И
Изъятие пахотных земель 476
Интродукция 98, 381
Источники экологического
права 516
Истощение вод 331
К
Кадастр 549
Канцерогенные вещества 277
Карст 355, 483
Качество окружающей среды
443,587
Киотский протокол 310
Кислотные дожди 313
Климакс(ы) 141
Климаксное сообщество 145
Кодексы Российской Федерации
— земельный 518
— водный 518
— лесной 518
Комменсализм 46, 119
Конвергенция 61,64
Конкуренция 48,113
Консорция 109
Консументы 32
Конференция ООН по
окружающей среде
— Стокгольм (1972) 577
— Рио-де-Жанейро (1992) 578
Концепция устойчивого
развития 556
593
Концепция экосистемы 122
Космический мониторинг 534
Косное вещество 217
Красная книга 492
Красная книга России 493
Кривые выживания 92
Кривые роста популяции
— логистическая 96
— экспоненциальная 94
Круговорот веществ
— биологический
(биотический) 170
— большой 168
— воды 169
— малый (биогеохимический)
169
Л
Ландшафт 181
Лентические экосистемы 198,
202
Леса 366
Лесные пожары 370, 484
Лесохозяйственная
классификация 368
Лиманы 211
Лимитирующие факторы 50
Лимническая зона 201
Лимиты на природопользование
552,589
Литоральная зона 201
Литосфера 156, 337
Лицензия 550
Лотические экосистемы 198, 206
М
Магнитные бури 395
Малоотходная технология 438
Малые реки 333
Массивы горных пород 354
Математические модели
экосистем 152
Международные объекты
охраны природы 573
Международный союз охраны
природы (МСОП) 581
Метаболизм 33
Минеральные удобрения 344
Министерство природных
ресурсов РФ 521
Мониторинг 531
Морская среда 207
Мусоросжигательные заводы
502
Мусороперерабатывающий
завод 503
Мутация 34, 48
Мутуализм (симбиоз) 46, 119
МЧС России 521
Н
Наводнения 415
Нарушение среды обитания 380
Национальные объекты охраны
573
Насекомые 41
Недра 360, 477
Нектон 201
Непериодические факторы 47,
48
Неритическая зона 208
Ноосфера 230, 564
Нормативы допустимого
воздействия на окружающую среду
588
Нормативы допустимой
антропогенной нагрузки на
окружающую среду 448, 588
Нормативы допустимых
выбросов и сбросов химических
веществ 447
Нормирование качества
природной среды 443,588
О
Оборотное водоснабжение 440
Обратная связь 128
Овражная эрозия 341
Озера 203
594
«Озонная (озоновая) дыра» 311
Океанические области 211
Окружающая среда 586
Онтогенез 34
Оползни 354, 482
Опустынивание 348
Организм 32
Организованность биосферы 218
Основные принципы охраны
окружающей среды 433
Особо охраняемые природные
территории 495
Оружие массового уничтожения
400
Отбор
— групповой 225
— естественный 26
Отходы
— детоксикация 501
— диоксинсодержащие 389,
506
— жидкие бытовые 385
— захоронение 500
— компостирование 502
— опасные 387
— промышленные 386, 504
— радиоактивные 387, 506
— реутилизация 500 " '
— твердые бытовые 385, 501
— утилизация 500
Отчуждение земель 352
Охрана биосферы 430
Охрана карстовых пещер 356
Охрана окружающей среды 430,
587
Охрана природы 429
Оценка воздействия на
природную среду 525, 589
Очистка отходящих газов 452
Очистка сточных вод
— биологическая 461
— механическая 460
— физико-химическая 461
П
Памятники природы 499
Паразитизм 49, 119
Парниковый эффект 308
Пастбищные пищевые цепи 133
Пелагическая зона 210
Перемешивание воды 205
Периодические факторы 47, 48
Перифитон 200
Пестициды 342
Планктон 200
Платность природных ресурсов
552
Подтопление 357, 483
Пойкилотермные животные 53
Полезащитное лесоразведение
486
Популяция 29, 86
Почва 72, 165, 338
Правила пирамиды
— биомасс 137
— продукции 138
Предельно допустимая
концентрация (ПДК) 444
Предельные границы
экзистенции экосистем 432
Приливы 208
Природная экосистема 124
Природные национальные
парки 498
Природоохранные законы и
кодексы 518
Природопользование 430
— нерациональное 431
— равновесное 449
— рациональное 431
— экстенсивное 449
Продолжительность жизни 100
Продуктивность экосистемы 134
Продуценты 31
Прокариоты 38
Противоэпидемическая защита
512
595
Протокооперация 46, 119
Профундальная зона 201
Пруды 205
Пустыня 194
Пыле-газоочистные устройства
452
Пыльные бури 340
Р
Радионуклиды 290
Разложение 127
Районные депрессии вод 331
Рассеивание газовых примесей
456
Растения 39
Реакклиматизация животных
490
Регуляция
— биотическая окружающей
среды 226
— плотности популяции 100
Река(и) 206
Рекультивация нарушенных
территорий 478
— техническая 479
— биологическая 480
— строительная 481
Рекультивация природной
среды 481
Ресурсовозобновляющие
технологии 504
Ресурсообеспеченность 254
Ресурсы
— биологические 252
— водные 253
— гидроэнергетические 253
— живых существ
(экологический фактор) 77
— земельный фонд 252
— исчерпаемые 253
— лесной фонд 252
— минерально-сырьевые 361
— минеральные 252
— неисчерпаемые 253
— полезные ископаемые 253
— природные 250
— фауны 253
— энергетические 252
Реутилизация отходов 500
Рождаемость 88
Росгидромет 521
Ростехнадзор 522
Рост народонаселения 244
Русский космизм 563
Рыбы 41
С
Саванны 195
Саморегуляция 100, 128
Санитарно-защитная зона 457
Санэпиднадзор 521
Сапротрофы 31
Свет 56
Синэкология 14
Смертность 89
Смог 304
Сопряженная эволюция 82, 255
Социальная среда 275
Среда обитания организмов 43
Стагнация водоема 204
Стандарт 522 .
Стенотермный 51
Степи 193, 195
Стихийные бедствия 408
Стратификация водоема 204
Сукцессия экологическая 140
— первичная 141
— вторичная 144
Суточные ритмы (циклы) 57,
139
Т
Тайга 191
Температура 52 ,
Термоклина 204
Террикон 362
Территориальное поведение 87
Техногенная экологическая
катастрофа 403
— Бхопал 406
— Севезо 407
— Чернобыль 404
Техносфера 269
Токсиканты 374
Травоядные животные 81
Транспирация 61
Тропические леса
— вечнозеленые дождевые 196,
370
— листопадные 196
Тропические штормы 417
Трофическая
— сеть 132
— цепь 130
Трофический уровень 130
Тундры 190
У
Универсальная этика 564
Уравнения логистические 97
Урбанизация 266
Урбосистемы 267
Уровни биологической
организации 27
Урожай в сельском хозяйстве
264
Утилизация отходов 500
Ф I
Фауна 38
Фенотип 101
Ферменты 34
Филогенез 36
Флора 38
Фотооксидансты 305
Фотопериодизм 59
Фотосинтез 33, 54
Фреоны 312
X
Хемосинтез 34
Химическое оружие 401
Хищник—жертва
(взаимоотношения) 116
Хозяин—паразит
(взаимоотношение) 117
Ц
«Цветение» водоемов 144
Цепная реакция (экологическая)
214
Цикличность сообщества 139
Цунами 412
Ч
Чапарраль 195
Человек 234, 235
— биологическая адаптация 235
— биосоциальная природа 234
— генетические процессы 239
— естественный отбор 240
— наследственность 239
— социальная адаптация 234
— стресс 243
Чернобыльская авария 298
Ш
Чрезмерное добывание 380
Шельф материковый 208
Штормы внетропические 418
Шумовое воздействие 390, 509
Э
Эвритермный 51
Эзтрофикация 41,326
ЭВфотическая зона 201,210
Эдафические факторы 44, 71
Экологическая
— безопасность 431,590 '
— доктрина 558
— емкость территории 449
— культура 570
—- ниша 111
— паспортизация 523
— сертификация 527
— стандартизация 522
— стратегия выживания 99
— экспертиза 524
Экологические
— индикаторы 77
— нормативы 443
597
— общественные движения 538
— обязанности граждан 542
— пирамиды 135, 136
— права граждан 540
— факторы 43
— фонды 554
Экологический
— аудит 526, 590
— контроль 537
— кризис 425
— манифест 584
— менеджмент 526
— мониторинг 531
— паспорт 523
— риск 528, 590
Экологическое
— законодательство 517
— воспитание 569
— моделирование 16, 147
— образование 567
— право 516
— правонарушение 543
— страхование 555
Экологизированные
технологические процессы 437, 451
Экология 13
— глобальная 15
— общая 14
— популяционная 14
— прикладная 15
— системная 147
— социальная 14
— теоретическая 15
— человека 14, 235
Экономический механизм
охраны окружающей среды
547
Экосистемы 13, 40, 122
Экотип 29
Экотон 108
Экоцентризм 565
Экоцид 403
Электромагнитные поля
и излучения 395,511
Энергия экосистемы 130
Эпидемии чумы, малярии и др.
272
Эпилимнион 204
Эродированные земли 339
Эрозия почв 339, 472
Эукариоты 39
Ю
ЮНЕП 577
Юридическая ответственность
за экологические
правонарушения
— административная 544
— дисциплинарная 544
— имущественная 545
— уголовная 545
Я
«Ядерная зима» 401
Ядерное оружие 401
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Основная литература
Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология: Учебник для вузов.
Изд. 2-е, переработ, и доп. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. С. 566.
Вернадский В. И. Биосфера. — М.: Мысль, 1967.
ГиляровА. М. Популяционная экология. — М.: Изд-во МГУ,
1990. С. 190.
Данилов-Данильян В. И., Лосев К. С. Экологический
вызов и устойчивое развитие: Учебное пособие. — М.: Прогресс-
Традиция, 2000. С. 418.
Защита окружающей среды от техногенных воздействий:
Учебное пособие / Под. ред. Г. Ф. Невской. — М.: Изд-во МГУ,
1993. С. 216.
Коробкин В. И.у Передельский Л. В. Экология. Конспект
лекций. — Ростов н/Д: Феникс, 2004.
Коробкин В. М., Передельский Л. В. Экология в вопросах и
ответах: Учебное пособие. — Ростов н/Д: Феникс, 2002. С. 382.
Небел Б. Наука об окружающей среде. Как устроен мир? /
Пер. с англ. Т. 1-2. - М.: Мир, 1993. С. 424, 336.
Об охране окружающей среды. Федеральный закон
Российской Федерации № 7-ФЗ. Российская газета. 2002. 12 февраля.
Одум Ю. Экология / Пер. с англ. Т. 1—2. — М.: Мир, 1986.
С. 328, 376.
Розанов Б. Г. Основы учения об окружающей среде. — М.:
Изд-во МГУ, 1984. С. 370.
Шилов И.А. Экология. — М.: Высшая школа, 1998.
Экологическая доктрина Российской Федерации.
Экологическое спасение (газета). 2002. № 6.
599
Дополнительная литература
БигонМ., Харпер Дж. Таунсенд К. Экология. Особи,
популяции, сообщества/ Пер. с англ. Т. 1—2. — М.: Мир, 1989.
С. 478, 667.
Богучарсков В.Т. Очерки по истории экологического
учения. — Ростов-на-Дону: Изд-во Рост, ун-та, 2005.
В. И. Вернадский и современность / Под. ред. В. С.
Соколова и А. Л. Яншина. — М.: Наука, 1986. С. 390.
Войткевич Г. В., Вронский В. А. Основы учения о биосфере:
Учебное пособие для вузов. Изд. 2-е, переработ. — Ростов н/Д:
Феникс, 1996. С. 480.
Вронский В. А. Экология: Словарь-справочник. — Ростов н/Д:
Феникс. С. 574.
ГиляровА. М. Популяционная экология. — М.: Изд-во МГУ,
1990. С. 190.
Горшков В. В., Горшков В. Г., Данилов-Данильян В. И., По-
сев К. С, Макаръева А. М. Биотическая регуляция
окружающей среды. — В кн.: Данилов-Данильян В. И. и Лосев К. С.
Экологический вызов и устойчивое развитие». — М.: Прогресс-
Традиция, 2000. С. 375—388.
Горшков В. Г., Кондратьева К. Я., Лосев К. С.
Глобальная экодинамика и устойчивое развитие: естественнонаучные
аспекты и «человеческое измерение» // Экология. 1998. № 3 .
С. 163-170.
Горшков В. Г., Макаръева А. М. Биотическая регуляция
окружающей среды: обоснование необходимости сохранения и
восстановления естественной биоты на территориях материковых
масштабов // Тр. международного семинара «Биотическая
регуляция окружающей среды». — Гатчина, 1998. С. 3—20.
Данилов-Данилян В.И., Лосев К. С. Экологический вызов и
устойчивое развитие: Учебное пособие. М.:
Прогресс-Традиция. 2000.
Дерябо С. Д. у Левин В. А. Экологическая педагогика и
психология. — Ростов н/Д: Феникс, 1996. С. 480.
600
Журавлев В. П., СерпокрыловН. С, Пушенко С. Л. Охрана
окружающей среды в строительстве: Учебник для вузов. — М.:
АСВ, 1995. С. 328.
Зубаков В. А. XXI век: сценарии будущего: Анализ
последствий глобального экологического кризиса. — СПб.: ГМТУ,
1995, С. 86.
Коммонер Б. Замыкающийся круг. — Л.: Гидрометеоиз-
дат, 1974.
Куражсковский Ю. Н. Основы всеобщей экологии. —
Ростов н/Д: Изд-во РГУ, 1992. С. 144.
Медоуз Д. X., Медоуз Д. Л., Рандерс Й. За пределами
роста: Учебное пособие. — М.: Прогресс, 1994. С. 304.
Миллер Т. Жизнь в окружающей среде / Пер. с англ. Т. 1. —
М.: Прогресс-Пангея, 1993. С. 250.
Моисеев Н. Н. Коэволюция природы и общества //
Экология и жизнь. 1997. Январь—август.
Моисеев Н. Н. Человек и ноосфера. — М.: Молодая
гвардия, 1990. С. 351.
Передельский Л.В., Приходченко О.Е. Строительная
экология: Учебное пособие. — Ростов н/Д: Феникс, 2004. С. 224.
Петров В.В. Экологическое право России: Учебник для
вузов.-М.: ВЕК, 1995. С. 557.
Проблемы экологии России / К.С. Лосев, В.Г. Горшков,
К.Я. Кондратьев и др. / Под ред. В.И. Данилова-Данильяна
и В.М. Котлякова. — М.: Федеральныей экологический фонд
РФ, 1993.
Программа действий. Повестка дня на 21 век и другие
документы конференции в Рио-де-Жанейро в популярном
изложении. — Женева: публикация центра «За наше будущее», 1993.
Протасов В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей
среды в России: Учебное и справочное пособие. — 3-е изд. —
М.: Финансы и статистика. 2001.
Реймерс Н, Ф. Экология (теория, законы, правила,
принципы и гипотезы). — М.: Россия молодая, 1994. С. 367.
601
Сукачев В. Н. Основы типологии и биогеоценологии
(Избранные труды), Т. 1. — Л.: Наука, 1972. С. 332.
Швейцер А. Культура и этика. — М., 1973.
Экологические функции литосферы / В. Т. Трофимов,
Д. Г. Зилинг, Т. А. Барабошкина и др. / Под ред. В. Т.
Трофимова. - М.: МГУ, 2000. С. 432.
Экология. Юридический энциклопедический словарь /Под
ред. С.А. Боголюбова. — М.: НОРМА, 2000. — 448 с.
Экология: Учебник для вузов / Н.И.Николайкин, Н.Е Ни-
колайкина, О.П. Мелехова. 3-е изд. — М.: Дрофа, 2004.
602
Учебник
Владимир Иванович Коробкин,
Леонид Васильевич Передельский
экология
Ответственный редактор И.Ю. Жиляков
Технический редактор Л.А. Багрянцева
Художник А.Пащенко
Корректоры О. Милованова, Т. Иванова
Подписано в печать 21.06.07.
Формат 84x108/32. Бумага тип № 2.
Гарнитура CG Times. Печать офсетная. Усл. п. л. 31,92.
Тираж 5000 экз. Заказ № 1564.
Издательство «Феникс»
344082, г. Ростов-на-Дону, пер. Халтуринский, 80
Отпечатано с готовых диапозитивов
в типографии ОАО «Издательство "Самарский Дом печати"».
443080, г. Самара, пр. К. Маркса, 201