ГЛАВА 1. Предмет экологии. Методы и задачи

Лауреат Всероссийского конкурса по созданию новых учебников

По общим естественнонаучным дисциплинам для студентов

Высших учебных заведений

Т.А. АКИМОВА, А.П. КУЗЬМИН, В.В. ХАСКИН

ЭКОЛОГИЯ

ПРИРОДА - ЧЕЛОВЕК - ТЕХНИКА

Под общей редакцией А.П. Кузьмина

Рекомендовано Министерством образования

Российской Федерации в качестве учебника

Для студентов технических направлений

И специальностей вузов

Москва •2001

УДК 502.3/.5(075.8)

ББК 20.1я73

А39

Рецензенты:

кафедра безопасности жизнедеятельности

Санкт-Петербургской лесотехнической академии

(зав. кафедрой - заслуженный деятель науки и техники РФ,

президент Международной академии экологии и безопасности

жизнедеятельности д-р техн. наук, проф.О.Н. Русак);

д-р хим. наук, проф.Л.Н. Блинов

Главный редактор издательства Н.Д. Эриашвили

Акимова Т.А., Кузьмин A.П., Хаскин В.В.

А39 Экология. Природа - Человек - Техника: Учебник для вузов. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 343 с. ISBN 5-238-00191-6.

Учебник представляет современную экологию как междисциплинарный комплекс знаний, связывающий воедино основные положения общей и прикладной экологии, природопользования и науки об окружающей человека среде. Материал построен на системной основе, дающей цельное представление об экологических закономерностях взаимодействия общества, техники и природы.

Излагаются основные свойства, законы и принципы функционирования экологических систем, биосферы и техносферы. Значительное внимание уделено вопросам технического воздействия на природу и окружающую человека среду, экологической безопасности, экологизации техники и производства. Сопоставлены современные концепции выхода из экологического кризиса, стратегии и условия экологически ориентированного развития общества.

Для студентов вузов, обучающихся по техническим направлениям и специальностям, а также для студентов других специальностей, преподавателей образовательных учреждений, специалистов предприятий и природоохранных органов.

ББК 20.1я73

ISBN 5-238-00191-6 © Т.А. Акимова, А.П. Кузьмин, В.В Хаскин, 2000

© 000 "ИЗДАТЕЛЬСТВО ЮНИТИ-ДАНА". 2000

Воспроизведение всей книги или любой ее части

запрещается без письменного разрешения издательства

Предисловие

Опыт показывает, что знания, получаемые студентами технических вузов, явно недостаточны для создания экологически приемлемых технологий и техники. Обучение инженеров строится в основном на редукционистском подходе, т.е. на сведении сложных задач к простым, расчленении сложного на простые составные части с их последующим упрощенным анализом. Будущих специалистов учат рассматривать искусственно выделенные события, каждое из которых имеет, как правило, одну причину.

Между тем, изучение экологии и современных экологических проблем основано на целостном рассмотрении чрезвычайно сложных систем, на принципе холизма (от греч. холос - целое). В биосфере каждое событие - это одновременно и причина возникновения других событий. Вся живая природа представляет собой единую сеть вещественных, энергетических и информационных взаимодействий, организованных в виде замкнутых авторегуляторных циклов. В недрах этой системы сравнительно недавно возникла и стремительно разрослась техносфера - порождение человеческой цивилизации. Техносфера нарушила замкнутость природных круговоротов. Люди разомкнули круг жизни в биосфере, создав бесчисленные циклы и линейные цепи искусственных событий. В результате назрели главные современные проблемы: нарушение окружающей природной среды превысило предел выносливости биосферы, и человек оказался в ловушке противоречий между своей биологической сущностью и нарастающим отчуждением от природы.

Осознание глобальной экологической катастрофы, заставляет мировое сообщество искать пути выхода из кризисной ситуации. Вывод о необходимости перехода цивилизации к экологически сбалансированному развитию имеет непосредственное отношение к опасности, угрожающей не только биосфере, но и человеческой цивилизации, заставляет мировое сообщество искать пути выхода из кризисной ситуации. Сформулированный в документах Конференции ООН в Рио-де-Жанейро (1992) вывод о необходимости перехода цивилизации к экологически сбалансированному развитию имеет непосредственное отношение и к России.

Для преодоления экологического кризиса и острых противоречий во взаимоотношениях общества и природы необходим новый образ мышления, переход к экологизации экономики и производства, а в перспективе - к постиндустриальной экологически ориентированной цивилизации. В этих условиях чрезвычайно актуальной становится экологическая подготовка инженеров. Нужна новая система знаний, построенная на едином теоретическом фундаменте и выходящая за традиционные рамки экологии как биологической науки. Требования новой стратегии неизмеримо шире задач охраны окружающей среды, они не сводятся лишь к сокращению потока загрязнений. Новые знания должны помочь будущим специалистам организовать человеческое хозяйство в условиях жестких экологических ограничений.

В предлагаемой книге сделана попытка представить весь комплекс обширных сведений и проблем современной экологии с помощью системной модели «биота биосферы - окружающая среда - человек, общество - экономика, производство и техника». Авторы исходят из понимания современной экологии как междисциплинарной области знаний об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и в обществе в их взаимосвязи. Такой подход позволяет преодолеть разрыв между традиционными курсами экологии, природопользования и охраны окружающей среды. Это соответствует и требованиям государственных образовательных стандартов для технических специальностей. Вопросы рационального природопользования, экологические принципы охраны природы и инженерной защиты окружающей среды включены в типовую программу курса экологии.

Учебник состоит из одиннадцати глав. В первых двух излагаются предмет, структура и задачи современной экологии, обосновывается необходимость системного подхода к изучению взаимодействия человека, техники и природы. Третья и четвертая главы освещают фундаментальные основы экологии как биологической науки. В пятой и шестой главах излагается материал, относящийся к техносфере и проблемам эксплуатации природных ресурсов и техногенного загрязнения среды. Главы 7, 8 и 9 посвящены оценке техногенных воздействий и экологических поражений, проблемам обеспечения экологической безопасности и концепциям выхода из экологического кризиса. В двух заключительных главах рассмотрены принципы, методы и средства практической реализации новой стратегии взаимодействия общества и природы - экологизации экономики и производства.

Будущий инженер столкнется в этой книге с новыми понятиями и подходами к проблемам технического освоения природы, в том числе и с доказательствами антиэкологичности техники и техногенеза. Экологический императив вынуждает изменить точку зрения на научно-технический прогресс и оценивать развитие техники и производства, экономический рост в первую очередь по критериям экологического риска. Если учебное пособие будет способствовать формированию экологического мировоззрения будущих специалистов, научит их соизмерять технический прогресс с выносливостью биосферы и рассматривать производственную деятельность с точки зрения законов живой природы, авторы будут считать свою задачу выполненной.

Авторы с благодарностью примут замечания и предложения по улучшению учебника.

ГЛАВА 1. Предмет экологии. Методы и задачи

Проработав эту главу, вы должны уметь: 1. Объяснить расширенное понимание предмета экологии и назвать основное определение экологии, принятое в этом курсе. 2. Охарактеризовать процесс экологизации знаний. 3. Перечислить подразделения «большой экологии» и связи между ними. 4. Объяснить различие между понятиями «экология», «природопользование» и «охрана природы». 5. Перечислить основные методы экологии. 6. Назвать глобальные проблемы и задачи экологии.

Предмет экологии

В современном мире человек сталкивается с множеством разнообразных проблем. Однако существует целый ряд проблем, которые являются общими для всех людей вне зависимости от расовой, государственной, национальной или социальной принадлежности: перенаселенность планеты (нас 6 миллиардов!), дефицит и качество питьевой воды, загрязнение воздуха и глобальное потепление, распространение опасных заболеваний, деградация почв и нехватка продовольственных ресурсов, кислотные дожди и разрушение озонового экрана, утрата ценных видов организмов и массовое размножение вредителей, сокращение площади лесов и наступление пустынь, промышленные аварии, радиация, гибель малых рек, потери природы в зонах военных действий... Во всем этом находят отражение проблемы экологии. Экологии - в ее распространенном обиходном понимании. Более строгое обозначение приведенного перечня требует добавить и другое название - проблемы окружающей человека среды.

Собственно экология как наука сформировалась в рамках биологии. Ее предметом стали взаимоотношения живых организмов между собой и с окружающей неживой природой, закономерности размещения и организации сообществ растений и животных, динамика их численности, факторы выживания и продуктивности, потоки энергии и круговороты веществ, в которых участвуют организмы.

Термин «экология» (от греч. oikos - дом, обитель, место обитания и logos - знание, учение) ввел в науку выдающийся немецкий зоолог Эрнст Геккель (1866). Он дал ряд определений экологии. В его трактовке экология -«это познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды».

Выражение «экономика природы» тогда звучало лишь как образное иносказание. Но спустя сто лет появились веские основания для такого обозначения экологии. «The Economy of Nature» - так назвал свой курс основ общей экологии известный эколог Р. Риклефс (1979).

Наиболее обычное краткое определение экологии как науки о взаимоотношениях организмов и среды их обитания, да и другие, более пространные определения не уточняют, включается ли в число «организмов» человек; причем не просто как биологический вид Homo sapiens, а как человеческое сообщество вместе со своей специфической средой обитания, со всем своим хозяйством, - как цивилизация. Еслине включается, то экология остается в рамках «классических» представлений как часть биологии. Для человека выделяется самостоятельная социальная экология, а для связанных с деятельностью человека экологических проблем - так называемая наука об окружающей среде. В западной литературе понятия ecology (экология) и environmental science (наука об окружающей среде; от англ. environment - среда, окружение) различаются по смыслу.

Такое разделение оправдано, если считать, что законы, управляющие жизнью сообществ растений и животных в природе, не распространяются на человека или, по крайней мере, играют подчиненную роль по отношению к законам жизни людей; если живая природа и человеческое общество рассматриваются как две разные системы, внутренние связи в каждой из которых сильнее, существеннее, чем связи между ними.

Согласно этому подходу, взаимоотношения человека и природы строятся по правилам, которые устанавливает сам человек. Овладевая законами природы, подчиняя их своим интересам, опираясь на свой разум, социальную организацию и технологическую мощь, человек считает себя вне тех законов, которые действуют в живой природе. Возникшие проблемы окружающей среды представляются исключительно следствием неправильного ведения хозяйства, его высокой ресурсоемкости и отходности и выглядят принципиально устранимыми путем технологической реорганизации и модернизации производства. Считается, что законы природы не могут и не должны мешать экономическому росту, научно-техническому и социальному прогрессу человечества. Этот подход называют антропоцентрическим, или технологическим (в крайнем проявлении - технократическим), т.е. ставящим человека, его технологии, его «власть над природой» в центр экологических проблем. Он характерен для многих политиков, экономистов, хозяйственников и представляется естественным для большинства инженеров.

Однако существует и другой, биоцентрический, или эксцентрический подход к проблеме взаимоотношений человека и природы. Он основан на представлении, чточеловек как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой обязан принимать ее условия. Развитие человеческого общества рассматривается как часть эволюции природы, где действуют законы экологических пределов, необратимости и отбора. Возникновение проблем окружающей человека среды обусловлено нарушением природного равновесия. Эти антропогенные, т.е. порожденные деятельностью человека, нарушения регуляторных функций биосферы не могут быть восстановлены или изменены только технологическим путем. Прогресс человечества ограничивается экологическим императивом - безусловной зависимостью человека от состояния живой природы, требованием подчинения ее законам. Эксцентрический подход ставит эту зависимость в центр экологических проблем. В отличие от антропоцентризма эксцентризм исходит из факта объективного существования единой системы, в которой все живые организмы планеты Земля - бактерии, грибы, растения и животные, включая людей с их ресурсами, хозяйством и техникой, - взаимодействуют между собой и с окружающей природной средой. Эксцентрический подход характерен для относительно небольшого круга профессиональных экологов и системных аналитиков, воспринявших экологическую ориентацию глобальных проблем, а также для стихийного эксцентризма части людей.

Выбор между этими двумя подходами или компромисс между ними во многом определяет стратегию дальнейшего развития человеческого общества. Есть и другие точки зрения на проблему взаимоотношений человека и природы - от полного равнодушия к ней до крайнего алармизма (от фр. alarme - тревога), но они являются лишь крайними вариантами указанных двух подходов. Большинство людей пока еще склоняется к первой, антропоцентрической точке зрения, так как она выглядит проще, оптимистичнее и отталкивается от предыдущего практического опыта человечества. Однако в настоящее время уже существуют очень веские аргументы в пользу эксцентризма, пренебрегать которыми нельзя.

После Геккеля в понятие экологии вносились различные смысловые оттенки, которые расширяли или сужали предмет этой области знания. Постепенно экология приобрела статус науки об организации и функционировании надорганизменных биологических систем. И.А. Шилов (1997) определяет экологию какнауку о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях с условиями среды.

В растущем здании экологии как биологической науки долгое время не находилось места для человека. Между тем, развивавшаяся самостоятельно в связи с медициной и гигиеной экология человека и проблемы окружающей человека среды как прикладные дисциплины нуждались в фундаментальной теоретической платформе. Ею стала экология. Тем более, что по происхождению слова экология - это наука о доме, о доме человека, доме - в широком смысле слова, об ойкумене - населенном мире.

В последние десятилетия, когда угроза глобального экологического кризиса заставила рассматривать человеческую деятельность на планете с позиций законов живой природы, произошло быстрое расширение экологии. Вобрав в себя проблемы окружающей среды, она не только использует достижения других разделов биологии, но и вторгается в смежные с биологией дисциплины - в науки о Земле, в физику и химию, в различные инженерные отрасли, предъявляет новые требования к информатике и вычислительной технике, находит приложения за пределами естественных наук - в экономике, политике, социологии, этике. Этот процесс проникновения идей и проблем экологии в другие области знания получил название экологизации.

Экологизация отражает потребность общества в объединении науки и практики для предотвращения экологической катастрофы. Обращение разных наук к проблемам экологии и окружающей человека среды содержит постановку и решение многих практических задач. Поэтому дальше будет идти речь об экологизации экономики, производства и техники. Экология превратилась из частного раздела биологии, знакомого узкому кругу специалистов, в обширный и еще окончательно не сформировавшийся комплекс фундаментальных и прикладных дисциплин, который Н.Ф.Реймерс (1992) назвал мегаэкологией, т.е. «большой экологией».

Расширение предмета экологии привело к появлению ряда новых ее определений. Все чаще она квалифицируется как система научных знаний о взаимоотношениях общества и природы. Известный американский эколог Ю. Одум еще в 1963 г. назвал экологию наукой о строении и функциях природы в целом, а в его фундаментальной «Экологии» (1986) она трактуется уже какмеждисциплинарная область знания об устройстве и функционировании многоуровневых систем в природе и обществе в их взаимосвязи. Это определение соответствует современному широкому пониманию экологии. В данном курсе мы принимаем его за основу.