Краткий обзор истории развития экологии. Раздел I. Общая экология

ОГЛАВЛЕНИЕ

Раздел I. Общая экология. 6

ВВЕДЕНИЕ. Экология и краткий обзор ее развития. 6

1. Предмет и задачи экологии. 6

2. Краткий обзор истории развития экологии. 8

3. Значение экологического образования. 9

Глава 1. Взаимодействие организма и среды.. 12

1.1. Главные уровни организации жизни и экология. 12

1.2. Организм как живая целостная система. 15

1.3. Общая характеристика биоты Земли. 17

1.4. О среде обитания и экологических факторах. 19

1.5. Об адаптациях организмов к среде обитания. 22

1.6. Лимитирующие экологические факторы.. 23

Глава 2. Экологические факторы и ресурсы среды.. 26

2.1. Физические и химические экологические факторы в жизни организмов. 26

2.2. Эдафические экологические факторы в жизни растений и почвенной биоты.. 36

2.3. Естественные геофизические поля как экологические факторы.. 39

2.4. Ресурсы живых существ как экологические факторы.. 41

Глава 3. Популяционная экология. 46

3.1. Количественные показатели популяций. 46

3.2. Продолжительность жизни вида. 48

3.3. Динамика численности популяций. 50

3.4. Регуляция плотности популяции. 54

3.5. Экологические стратегии выживания. 56

Глава 4. Экология биотических сообществ. 58

4.1. Видовая структура сообществ и способы ее оценки. 58

4.2. Пространственная структура сообществ. 60

4.3. Экологическая ниша и взаимоотношения организмов в сообществе. 61

Глава 5. Экологические системы.. 68

5.1. Концепция, масштабы и трофическая структура экосистемы.. 68

5.2. Продуцирование и разложение в природе. 70

5.3. Гомеостаз экосистемы.. 71

5.4. Энергетические потоки в экосистеме. 72

5.5. Уровни биологической продуктивности экосистем. Экологические пирамиды.. 75

5.6. Динамика экосистемы (цикличность, сукцессия, климакс) 78

5.7. Системный подход и моделирование в экологии. 83

Раздел II. Учение о биосфере. 87

Глава 6. Биосфера как глобальная экосистема Земли. 87

6.1. Место биосферы среди оболочек Земли. 87

6.2. Состав биосферы как глобальной экосистемы.. 91

6.3. Круговорот веществ в природе. 97

6.4. Биогеохимические циклы наиболее важных для жизни организмов биогенных веществ. 99

Глава 7. Природные экосистемы Земли как хорологические единицы биосферы.. 105

7.1. Ландшафты и экосистемы.. 105

7.2. Наземные биомы (экосистемы) 110

7.3. Пресноводные экосистемы.. 115

7.4. Морские экосистемы.. 120

7.5. Функциональная целостность биосферы.. 123

Глава 8. Эволюция биосферы и факторы ее устойчивости. 125

8.1. Основы учения В. И. Вернадского о биосфере. 125

8.2. Эволюция биосферы и ее биоразнообразие. 127

8.3. Биотическая регуляция окружающей среды.. 129

Раздел III. Человек в биосфере. 133

Глава 9. Биосоциальная природа человека и экология. 133

9.1. Человек как биологический вид. 133

9.2. Человечество как популяционная система. 138

9.3. Природные ресурсы Земли как лимитирующий фактор выживания человечества. 142

Глава 10. Антропогенные экосистемы.. 146

10.1. О фундаментальных типах экосистем. 146

10.2. Сельскохозяйственные экосистемы (агроэкосистемы) 149

10.3. Индустриально-городские экосистемы.. 150

Глава 11. Здоровье человека и окружающая среда. 153

11.1. Понятия «здоровье» и «окружающая среда». 153

11.2. Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека. 154

11.3. Влияние социально-экологических факторов на здоровье человека. 155

11.4. Гигиена и здоровье человека. 160

11.5. Валеология ¾ наука о здоровье. 161

Раздел IV. Антропогенные воздействия на биосферу. 163

Глава 12. Основные виды антропогенных воздействий на биосферу. 163

12.1. Общие положения. 163

12.2. Загрязнение ¾ главнейший вид негативного воздействия на биосферу. 164

Глава 13. Антропогенные воздействия на атмосферу. 168

13.1. Загрязнение атмосферного воздуха. 168

13.2. Основные источники загрязнения атмосферы.. 170

13.3. Экологические последствия загрязнения атмосферы.. 172

13.4. Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы.. 175

Глава 14. Антропогенные воздействия на гидросферу. 181

14.1. Загрязнение гидросферы.. 181

14.2. Экологические последствия загрязнения гидросферы.. 185

14.3. Истощение подземных и поверхностных вод. 188

Глава 15. Антропогенные воздействия на литосферу. 191

15.1. Деградация почв (земель) 191

15.2. Воздействия на горные породы и их массивы.. 199

15.3. Воздействия на недра. 203

Глава 16. Антропогенные воздействия на биотические сообщества. 207

16.1. Значение леса в природе и жизни человека. 207

16.2. Антропогенные воздействия на леса и другие растительные сообщества. 209

16.3. Экологические последствия воздействия человека на растительный мир. 210

16.4. Значение животного мира в биосфере. 213

16.5. Воздействие человека на животных и причины их вымирания. 215

Глава 17. Особые виды воздействия на биосферу. 218

17.1. Загрязнение среды отходами производства и потребления. 218

17.2. Шумовое воздействие. 220

17.3. Биологическое загрязнение. 223

17.4. Воздействие электромагнитных полей и излучений. 224

Глава 18. Экстремальные воздействия на биосферу. 227

18.1. Воздействие оружия массового уничтожения. 227

18.2. Воздействие техногенных экологических катастроф. 229

18.3. Стихийные бедствия. 232

Раздел V. Охрана окружающей среды. Экологическая защита. 243

Глава 19. Взаимодействие природы и общества на современном этапе. 243

19.1. Основные формы взаимодействия природы и общества. 243

19.2. Важнейшие природоохранные принципы и объекты охраны окружающей среды.. 244

19.3. Экологический кризис и пути выхода из него. 245

Глава 20. Инженерная экологическая защита. 248

20.1. Принципиальные направления инженерной экологической защиты.. 248

20.2. Нормирование качества окружающей среды.. 250

20.3. Защита атмосферы.. 255

20.4. Защита гидросферы.. 259

20.5. Защита литосферы.. 266

20.6. Защита биотических сообществ. 272

20.7. Защита окружающей среды от особых видов воздействий. 280

Глава 21. Энерго- и ресурсосбережение. 288

21.1. Экологичное энергопотребление. 288

21.2. Нетрадиционные возобновляемые источники энергии. 297

21.3. Ресурсосбережение в строительстве. 303

Раздел VI. Охрана окружающей среды. Правовые и экономические аспекты.. 308

Глава 22. Административно-правовые основы охраны окружающей среды.. 308

22.1. Экологическое законодательство Российской Федерации. 308

22.3. Экологическая стандартизация, сертификация и паспортизация. 312

22.4. Экологическая экспертиза и овос. 313

22.5. Экологический риск и зоны повышенного экологического риска. 314

22.6. Экологический мониторинг. 318

22.7. Экологический контроль. 322

Глава 23. Экологические права и обязанности граждан. 324

23.1. Экологические права граждан. общественные экологические движения. 324

23.2. Экологические обязанности граждан. 325

23.3. Юридическая ответственность за экологические правонарушения. 326

Глава 24. Экономический механизм охраны окружающей среды.. 328

24.1. Методы экономического регулирования. 328

24.2. Эколого-экономический учет природных ресурсов и загрязнителей. 328

24.3. Лицензии, договора и лимиты на природопользование. 329

24.4. Новые механизмы финансирования природоохранных мероприятий. 330

24.5. Экономическое стимулирование в области охраны окружающей среды.. 332

24.6. Понятие о концепции устойчивого эколого-экономического развития. 333

Глава 25. Экологизация общественного сознания. 335

25.1. Антропоцентризм и экоцентризм. Формирование нового экологического сознания. 335

25.2. Экологическое образование, воспитание и культура. 338

Глава 26. Международное экологическое сотрудничество. 341

26.1. Роль международных экологических отношений. 341

26.2. Национальные и международные объекты охраны окружающей среды.. 341

26.3. Основные принципы международного экологического сотрудничества. 343

26.4. Участие России в международном экологическом сотрудничестве. 345

Раздел I. Общая экология

ВВЕДЕНИЕ. Экология и краткий обзор ее развития

Предмет и задачи экологии

Наиболее распространенным определением экологии как научной дисциплины является следующее:экология ¾ наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимоотношения между организмами и средой их обитания. Термин «экология» (от греч. «ойкос» ¾ дом, жилище и «логос» ¾ учение) был впервые введен в биологическую науку немецким ученым Э. Геккелем в 1866 г. Изначально экология и развивалась как составная часть биологической науки, в тесной связи с другими естественными науками ¾ химией, физикой, геологией, географией, почвоведением, математикой.

Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии ¾ 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), совокупностей популяций, т. е. биотических сообществ ¾ биоценозов (биоценотический уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень).

Основной, традиционной, частью экологии как биологической науки является общая экология, которая изучает общие 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 выживания живых существ в окружающей среде, и задачи перед ними стоят преимущественно биологического свойства ¾ 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 биоцентричность.

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 возрастает. Особенно большое значение в современной экологии уделяется проблемам взаимодействия человека с окружающей природной 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 только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения главным образом животных и растений со средой, 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.

Так, 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 взаимоотношение в системе «человеческое общество - природа», и ее часть ¾ 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 разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Научную основу прикладной экологии составляет система общеэкологических законов, правил и принципов.

Исходя 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 регуляция 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 в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;

¨ улучшение качества окружающей среды;

¨ оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных или иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее угрожаемых районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

В настоящее время экология становится одной из важнейших естественных наук, и, как полагают многие экологи, ¾ само существование человека на нашей планете будет зависеть от ее прогресса.

Краткий обзор истории развития экологии

В истории развития экологии можно выделить три основных этапа.

Первый этап ¾ зарождение и становление экологии как науки (до 60-х гг. ХIХ в.). На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, делались первые научные обобщения.

В ХVII-ХVIII 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. Крашенникова, французского ученого Ж. Бюффона, шведского естествоиспытателя К. Линнея, немецкого ученого Г. Йегера и др.

В этот же период Ж. Ламарк (1744-1829) и Т. Мальтус (1766-1834) впервые предупреждают человечество о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.

Второй этап ¾ оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (после 60-х гг. ХIХ 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 основателей экологии. В конце 70-х гг. ХIХ в. немецкий гидробиолог К. Мебиус (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 взаимоотношение 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 ¾ его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми он прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология ¾ это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин назвал «условиями, порождающими борьбу за существование».

Как самостоятельная наука экология окончательно оформилась в начале ХХ в. В этот период американский ученый Ч. Адамс (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 ХХ в. В. И. Вернадский создает фундаментальное учение о биосфере.

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 передовых в мире, особенно в области фундаментальных разработок. В этот период работали такие выдающиеся ученые, как академик 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. Кашкаров и др.

Во второй половине ХХ в. в связи с загрязнением окружающей среды и резким усилением воздействия человека на природу экология приобретает особое значение.

Начинается третий этап (50-е гг. ХХ в. - до настоящего времени) ¾ 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 связан с именами таких крупных зарубежных ученых, как Ю. Одум, Дж. М. Андерсен, Э. Пианка, Р. Риклефс, М. Бигон, А. Швейцер, Дж. Харпер, Р. Уитеккер, 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, К. С. Лосева, Н. Н. Моисеева, Н. П. Наумова, Н. Ф. Реймерса, В. В. Розанова, Ю. М. Свирижева, Н. В. Тимофеева-Ресовского, С. С. Шварца, И. А. Шилова, А. В. Яблокова, А. Л. Яншина и др.

Первые природоохранные акты на Руси известны с IХ-ХII вв. (например, свод законов Ярослава Мудрого «Русская правда», в которых были установлены правила охраны охотничьих и бортничьих угодий). В ХIV-XVII вв. на южных границах Русского государства существовали «засечные леса», 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 ХIХ - начале ХХ 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. Анучина, 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 ¾ охрана природы.

В период 30-40-х гг., в связи с эксплуатацией природных богатств, вызванных, главным образом, ростом масштабов индустриализации в стране, 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 возникает новый вид природоохранной деятельности ¾ рациональное использование природных ресурсов.

В 50-е гг. дальнейшее развитие производительных сил в стране, усиление негативного влияния человека на природу обусловило необходимость создания еще одной формы, регулирующей взаимодействие общества и природы, ¾ 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 у природы.

В 60-80-е гг. 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 ¾ губительное антропогенное воздействие на природу продолжалось.