Важнейшие научные концепции и положения экологии

ПРЕДИСЛОВИЕ

С момента выхода в свет первого издания (1993 г.) учебно­го пособия "Экология" [11 прошло 5 лет. За это время измени­лись многие концепции и подходы в экологии, расширилась база экономики природопользования и создана новая правовая база (вступили в действие новые Гражданский и Уголовный кодексы РФ, законы РФ и т.д.). Госкомвузом РФ утверждена 13.04.95 г. и введена в действие Примерная программа дисциплины "Экология" для профессиональных направлений 550000 "Технические науки" (кроме 553500 "Защита окружающей среды"). Все это предопределило необходимость переработки и дополнения учебного пособия [I], изданного в 1993 г. в Тверском политехническом институте (ныне Тверской государственный технический университет). Изме­нены его структура, содержание и несколько объем, а также включены принятые сокращения в учебном пособии (приложение 1) и контрольные вопросы по дисциплине "Экология" (приложение 2).

При написании данного учебного пособия использованы мате­риалы Государственного доклада "О состоянии окружающей природ­ной среды РФ в 1995 году", сокращенный вариант которого опуб­ликован в газете "Зеленый мир" Н 24...29 в 1996 г.. и опыт преподавания авторами дисциплины "Экология" на различных фа­культетах Тверского государственного технического университета (ТГТ9), Во втором издании широко использовались новые теорети­ческие концепции, активно пропагандируемые в последнее десяти­летие и представленные в работах Н.Ф. Реймерса, И.Р. Приговина и других. Учитывался и опыт издания учебников по экологии. особенно в части экологии человека, а также повышение объема знаний, полученных студентами при изучении введенных в послед­ние 5 лет дисциплин экологического профиля ("Основы экологии", "Природопользование" и т.д.) в средней школе. Все это позволи­ло существенно сократить вопросы общей экологии и более под­робно изложить темы инженерной экологии.

Пособие предназначено для студентов всех направлений и специальностей, кроме направления "Природообустройство" (специальности 1711 и 3207). ТГТУ при изучении дисциплины "Экология". Может быть полезным для широкого круга технических специалистов фирм, АО, предприятий, организаций и учреждений.

ВВЕДЕНИЕ

Все возрастающая хозяйственная деятельность людей вызывает мощные воздействия на природу. В результате учащаются негатив­ные последствия на земле: кислотные дожди, засухи, эрозия почв, опустынивание некогда плодородных районов, интенсивные загрязнения вредными веществами атмосферного воздуха, вод, почв и т.д., а также постепенное разрушение озонового слоя Земли и развитие "парникового" эффекта в атмосфере. Это спо­собствует росту заболеваемости людей и животных, снижению уро­жайности сельскохозяйственных культур и продуктивности живот­новодства, гибели лесов и растений, повышению износа машин и оборудования, зданий и сооружений, памятников культуры и т.д. В итоге возрастает чувство тревоги у людей за будущее нашей планеты. Если хозяйственная деятельность человеческого общест­ва не изменится в ближайшие годы, то ученые предсказывают нас­тупление через 15-20 лет необратимых изменений на Земле, ко­торые поставят под угрозу само существование человеческой ци­вилизации. Решением этой важнейшей проблемы занимается эколо­гия, которая изучает экологические закономерности в природе и вырабатывает оптимальные пути и методы взаимодействия челове­ческого общества с природой.

В учебные планы современного высшего технического образо­вания РФ введена дисциплина "Экология". Она призвана дать бу­дущим бакалаврам, инженерам и магистрам (техническим специа­листам) необходимые экологические знания и развивать у них экологическое мышление, а также повысить уровень их экологи­ческой культуры и этики.

При современном решении экологических проблем технические специалисты рассматривают одновременно как экологические, так и инженерные задачи. При этом первые задачи, как правило, ре­шаются с помощью вторых. Вполне понятно, что это возможно, ес­ли они обладают необходимой экологической подготовкой. На это же нацеливает Закон РФ об охране окружающей среды от 19.12.91, введенный в действие с 03.03.92. В частности, статья 75 требу­ет, чтобы руководящие работники и специалисты имели необходи­мую экологическую подготовку, которая учитывается при назначе­нии на должность, аттестации и переаттестации работников. Ли­ца, не имеющие такой подготовки, не допускаются к выполнению работы, требующей соответствующих экологических знаний.

Предмет, цель и задачи дисциплины "Экология". Дисциплина

"Экология" - это естественнонаучная дисциплина, изучающая взаимоотношения живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой и освещающая принципы и методы защиты биосферы от негативных антропогенных воздействий. Она формирует у студентов экологическое мировоззрение и способность оценки своей будущей профессиональной деятельности с точки зрения охраны биосферы. В итоге у студентов должна выработать­ся способность научного мировоззрения: представление о человеке как части природы, о единстве и самоценности всего живого и невозможности выживания человечества без сохранения биосферы. Все это обеспечит студентам грамотное восприятие явлений, свя­занных с жизнью человека в окружающей природной среде (ОПС), в том числе и с его профессиональной деятельностью.

Дисциплина "Экология" является базовой (подстилающей) дисциплиной многих общепрофессиональных и специальных дисцип­лин учебного плана студента, в том числе и дисциплины "Безо­пасность жизнедеятельности" (БЖД). Она базируется на достиже­ниях биологии, химии, геохимии, физики, математики, гигиены, экономики и ряда технических наук. Предметом ее изучения явля­ются естественнонаучные, материально-технические, правовые и организационные методы и средства воздействия общества на сос­тояние ОПС с целью ее сохранения.

Цель дисциплины - это повышение экологической грамотности будущих технических специалистов, вооружение их теоретическими знаниями и практическими навыками, необходимыми для обеспече­ния экологически безопасных инженерных решений на объектах экономики и в отдельных их производствах при строгом соблюде­нии этических и правовых норм. Эта цель реализуется следующими задачами преподавания дисциплины: 1) Изучение важнейших научных концепций экологии и методов и средств защиты компонентов би­осферы; 2) приобретение навыков оценки, учета и прогнозирова­ния экологических последствий технических решений; 3) выработ­ка умения правильно применять зкобиозащитную технику и техно­логию, разрабатывать и обеспечивать необходимый комплекс ме­роприятий по предотвращению отрицательного воздействия различ­ных объектов экономики на ОПС и в целом биосферу.

Научное содержание дисциплины "Экология" - это учение о биосфере и взаимоотношениях живых организмов и образуемых ими сообществ со средой их обитания, общества и природы. В дисцип­лине рассматриваются как важнейшие научные концепции экологии, учение о биосфере и взаимодействие человека с ОПС, так и сов­ременные экологические проблемы глобального и регионального

характера в биосфере и ее охраны, комплекс вопросов по защите и/или охране атмосферы, водной среды, почв, земель, флоры, фа­уны и недр от загрязнений, основы экономики природопользования и экологического права.

Таким образом, дисциплина "Экология" освещает современные пути обеспечения экологической безопасности (ЭБ) человека, растительного и животного мира при взаимодействии общества с природой. При этом определяются принципы, приемлемые методы и средства обеспечения ЭБ на всех стадиях деятельности человека. Стадиями являются научный замысел, НИР, ОКР, проект, реализа­ция проекта, испытания, транспортирование, эксплуатация, мо­дернизация и реконструкция, консервация, ликвидация и захоро­нение. Выбор этих принципов, методов и средств обеспечения ЗБ зависит от конкретных условий хозяйственной деятельности чело­века и опасности загрязняющих веществ (3В), выбрасываемых в атмосферу, сбрасываемых в водные объекты или размещаемых на местности, а также стоимости их реализации. Все это будет изу­чаться студентами на лекционных и лабораторных занятиях, а также в период внеаудиторной самостоятельной работы и при вы­полнении расчетно-графической работы (РГР). Последняя направ­лена на выработку у студентов практических навыков по расчету, оценке, прогнозировании и принятии экологически грамотных тех­нических решений по заданиям, чаще всего встречающихся в прак­тической деятельности выпускника вуза по соответствующему нап­равлении профессиональной деятельности и/или соответствующей специальности. Конкретный перечень заданий РГР определяет лек­тор, руководствуясь утвержденной рабочей программой дисциплины "Экология"; объем этих заданий регламентируется учебным посо­бием [21]. Лабораторные работы выполняются студентами в строгом соответствии с лабораторным практикумом по экологии Ш.

При завершении обучения по дисциплине "Экология" студент должен:

во-первых, иметь представление о биосфере и ее эволюции, целостности и гомеостазе живых систем и взаимодействии орга­низма и сообщества организмов со средой экосистем; об эколо­гических принципах охраны природы и рационального природополь­зования, перспективах создания неразрушающих природу техноло­гий;

во-вторых, знать и уметь использовать основные понятия, законы экологии, методы теоретических и экспериментальных исс­ледований в экологии; уметь оценивать численные порядки вели­чин, характерных для экологии, при разработке и осуществлении

методов защиты ОПС и охраны здоровья человека на различных объектах экономики и их производствах; способы защиты биосферы в последующих дисциплинах учебного плана базового высшего тех­нического образования РФ при обеспечении минимального ущерба ОПС и здоровья человека; основы экономики природопользования и экологического права. В результате он сможет конкретно решать вопросы ЭБ человека, растительного и животного мира, рацио­нального использования природных ресурсов (ПР) и сохранения ОПС.

Основные термины и определения в дисциплине "Экология".

Впервые термин и общее определение экологии дал немецкий био­лог З.Геккель (1866 г.) как раздел биологической науки о взаи­моотношениях между организмами и средой. Согласно современной терминологии экология - это наука, изучающая взаимоотношения живых организмов и их сообществ между собой и окружающей сре­дой. В экологии выделяют крупные подразделения: общая экология (биоэкология), геоэкология, прикладная экология, экология че­ловека и социальная экология. Для технических специалистов особую роль играет прикладная экология с различными направле­ниями и методами исследований (промышленная или инженерная, строительная, химическая, сельскохозяйственная и др.)

Природа - это сложный естественный организм, характеризу­ющийся многообразием составляющих его компонентов (атмосферы, гидросферы и литосферы), которые постоянно изменяются. Человек является частью природы.

Природная среда (ПС) - это сложнейшая система, в которой составляющие ее элементы находятся в определенном равновесии между собой.

Окружающая среда (ОС) - это часть пространства Вселенной, в которой обитает человек и функционируют созданные им системы (захватывающая, перерабатывающая, усваивающая, транспортная и выводящая). Из определения видно, что ОС не имеет постоянных во времени и пространстве границ; ее пределы зависят от дости­жений НТП и обусловлены сферой деятельности человека.

Окружающая природная среда (ОПС) - это вся земная приро­да, окружающая человека, где естественные факторы функциониру­ют в органическом единстве с продуктами человеческого труда.

Охрана природы (ОП - по ГОСТ 17.0.0.01-76*) - это система мер. направленных на поддержание взаимодействия между деятель­ностью человека и ОПС, обеспечивающих сохранение и воспроиз­водство ПР, предупреждающих прямое и косвенное влияние резуль­татов деятельности общества на природу и здоровье человека. В хозяйственной деятельности общества чаще употребляют термин "охрана окружающей среды" (ООС) - это комплекс международных, государственных, региональных и локальных административно-хо­зяйственных, технологических, юридических и общественных ме­роприятий, направленных на обеспечение благоприятных условий среды обитания и сохранение здоровья человека.

Загрязнители (загрязняющие вещества - ЗВ, поллютанты, токсичные, опасные или вредные вещества) - это неутилизированные материальные и энергетические отходы производства, а также естественные компоненты, нехарактерные для данной среды, оказывающие нежелательное действие на человека и ценные для него ресурсы живой (биотической) и неживой (абиотической) природы. К основным ЗВ обычно относят: взвешенные частицы, диоксид се­ры, оксид углерода, диоксид углерода, углеводороды и др.

Отходы - это продукты обмена веществ и энергии между обществом и природой, получение которых не явилось конечной целью; в зависимости от источника образования различают отходы производства и отходы потребления.

Загрязнение ОПС_- это изменение ее качественного состояния, происходящее в результате поступления в нее загрязнителей.

Смог (по ГОСТ 17.2.1.04-77*)- это газообразные и твердые примеси в сочетании с туманом или аэрозольной дымкой, образующиеся в результатеих преобразования и вызывающие интенсивное загрязнение атмосферы.

Кислотный дождь (по ГОСТ I7. 2.1.03-84) - это дождь, водородный показатель которого РН<5,6 (в зимнее время - кислотный снег); вызывает ацидификацию (подкисление или закисление) поч­вы и водоемов, что приводит к повреждению живых организмов (гибель рыбы, снижение прироста лесов и т.д.).

Сточные воды (СВ) - это воды, отводимые после использования в производственной и бытовой деятельности человека. К ним относят также дождевые стоки с застроенных (селитебных) территорий.

Экосистема - это единый комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные эле­менты связаны между собой обменом веществ и энергии. Термин предложен английским экологом Й. Тенсли (1935 г.). В зависимости от масштабов выделяют микроэкосистемы (например, ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд, озеро и др.), макро-экосистемы (континент, океан) и глобальную экосистему (биосфера - наружная оболочка планеты Земля, где существует жизнь и которая видоизменена или сформулирована жизнью).

Ландшафт - это природный территориальный комплекс, состоящий из взаимодействующих природных (рельеф, климат, воды, почвы, растительность, животный мир) или природных и антропогенных элементов, которые образуют однородную по условиям, раз­вития единую систему. Различают агрокультурный (сельскохозяйс­твенный), антропогенный (техногенный), природный, геохимичес­кий, элементарный и другие ландшафты.

Предельно допустимая концентрация (ПДК) - это экологичес­кий норматив, максимальная концентрация 3В в элементах ланд­шафта, которая при повседневном влиянии в течение длительного времени не вызывает негативных воздействий на организм челове­ка или другого рецептора (определенный вид животных, растений).

Кадастр - это систематизированный свод данных, включающий качественную и количественную опись объектов и явлений, а в ряде случаев и их социально-экономическую оценку. Различают земельный, водный, биологический, лесной, медико-биологический и другие кадастры.

Экологическая ниша (экониша) - это область многомерного пространства (гиперпространства) переменных, в совокупности отображающих ресурсы и условия среды, соответствующая устойчи­вому существованию вида или популяции.

Вид (биологический) - это совокупность особей с общими морфофизиологическими признаками, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства; популяция - это совокуп­ность особей одного вида, длительно занимающая определенную территории или акватории.

Экологический кризис - это стационарное, относительно постепенное обратимое или необратимое ухудшение состояния ОС, вызванное деятельностью человека (например, ареал Аральского моря) или естественными факторами; экологическая катастрофа -это аномальные изменения (длительного или кратковременного ха­рактера) состояния ПС, ведущие к гибели людей и других живых организмов и большому материальному ущербу (например, Чернобыльская зона). При кризисе человек выступает, как правило, активной действующей стороной, а при катастрофе - вынужденно пассивной, страдающей стороной.

Защита ОПС - это природоохранная деятельность, направлен­ная на снижение или полное исключение поступления в биосферу загрязнителей антропогенного (вызванного деятельностью челове­ка) происхождения.

Средства защиты ОПС - это аппараты и устройства, предназ­наченные для снижения или полного исключения поступления в би­осферу загрязнителей.

Качество ОПС - это состояние естественных и преобразован­ных человеком экосистем, сохраняющее их способность к постоян­ному обмену веществ и энергией, к воспроизводству жизни.

Управление качеством ОПС - это система государственных мероприятий по обеспечению качества ОПС на основе правильного сочетания и согласованного удовлетворения экономических и эко­логических интересов.

Другие термины и определения дисциплины "Экология" приве­дены в соответствующих разделах данного пособия. Более полно их можно найти в словарях [4, 51].

ВАЖНЕЙШИЕ НАУЧНЫЕ КОНЦЕПЦИИ И ПОЛОЖЕНИЯ ЭКОЛОГИИ

Экология вначале развивалась как общая биологическая нау­ка о взаимодействии растительных и животных организмов и обра­зуемых ими сообществ между собой и ОС. В настоящее время она все больше превращается в междисциплинарную область знаний об устройстве и взаимодействии многоуровневых систем в природе и обществе, в которой возрастающее значение приобретают техногенные воздействия на экосистемы и биосферу в целом. Техничес­кие аспекты защиты ОС оформляются в самостоятельную дисциплину - инженерную экологию или охрану ОС. Для представителей техни­ческих специальностей положения и концепции экологии являются естественно-научным фундаментом рациональной организации хо­зяйственной деятельности и природопользования и непосредствен­ной основой разработки стратегии, конкретных мероприятий и средств защиты ОПС. Поэтому их изложение проводится ниже с выраженной ориентировкой на практическое значение для специа­листов технического профиля.