Учебное пособие для всех направлений подготовки очной и заочной формы
 Скачать 1.49 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР) Кафедра радиоэлектронных технологий и экологического мониторинга (РЭТЭМ) УТВЕРЖДАЮ Заведующий каф. РЭТЭМ д-р техн. наук ___________ В.И. Туев "__" __________2015 г. ЭКОЛОГИЯ учебное пособие для всех направлений подготовки очной и заочной формы Томск 2015 Разработчик: Доцент каф. РЭТЭМ, канд. биол. наук _______ Т.В. Денисова "__" __________2015 г. Денисова Т.В. Экология: учебное пособие / Т.В. Денисова. - Томск: ТУСУР, 2015. - 165 с. Учебное пособие по дисциплине «Экология» подготовлено в соответствии с Федеральными государственными образовательными стандартами высшего образования для студентов, обучающихся по всем направлениям подготовки Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники очной и заочной форм обучения. В учебном пособии представлены теоретические основы по всем темам учебного курса, вопросы для самоконтроля, а также справочные материалы. © Денисова Т.В., 2015 © Томский гос. ун-т систем упр. и радиоэлектроники, 2015 Содержание 1 Введение............................................................................................................................4 1.1 Предмет, задачи и методы экологии..........................................................................4 1.2 История формирования экологии как науки............................................................6 1.3 Основные понятия экологии......................................................................................8 2 Биосфера...........................................................................................................................10 2.1 Характеристика и состав биосферы.........................................................................10 2.2 Живое вещество биосферы.......................................................................................18 2.3 Уровни организации живой природы.....................................................................22 2.4 Типы питания и метаболизм живых организмов...................................................23 2.5 Экологическая характеристика основных систематических групп организмов.24 2.6 Ноосфера.....................................................................................................................28 3 Экологические системы.................................................................................................30 3.1 Структура биоценоза.................................................................................................31 3.2 Местообитание и экологическая ниша....................................................................34 3.3 Отношения организмов в биоценозах......................................................................36 3.4 Структура и функционирование экосистем............................................................42 3.5 Круговорот веществ и поток энергии в экосистеме...............................................44 3.6 Динамика экосистем..................................................................................................47 3.7 Природные экосистемы.............................................................................................49 3.8 Антропогенные экосистемы.....................................................................................53 4 Факторы среды................................................................................................................57 4.1 Экологические факторы и их классификация.........................................................58 4.2 Адаптация организмов к условиям среды...............................................................60 4.3 Закономерности действия экологических факторов..............................................62 4.4 Характеристика основных экологических факторов.............................................65 5 Биосфера и человек.........................................................................................................70 5.1 История взаимоотношений общества и природы...................................................72 5.2 Среда обитания человека..........................................................................................75 5.3 Окружающая среда и здоровье человека.................................................................76 6 Антропогенное воздействие на биосферу ее защита...................................................84 6.1 Загрязнение окружающей среды..............................................................................85 6.2 Антропогенное воздействие на атмосферу и ее защита.........................................88 6.3 Антропогенное воздействие на гидросферу и ее защита......................................94 6.4 Антропогенное воздействие на почву и ее защита................................................99 6.5 Антропогенное воздействие на биотические сообщества и защита...................104 6.6 Особые виды воздействий на биосферу и ее защита............................................106 6.7 Малоотходные и безотходные технологии...........................................................112 7 Основы рационального использования природных ресурсов и охраны природы.113 7.1 Природная среда: природные ресурсы и природные условия............................118 7.2 Принципы рационального природопользования и охраны окружающей среды...............................................................................................................................121 7.3 Нормирование качества окружающей среды........................................................122 7.4 Система стандартов, сертификатов и паспортов в области охраны природы..126 7.5 Учет состояния природных ресурсов.....................................................................128 7.6 Особо охраняемые природные территории...........................................................129 7.7 Экологический мониторинг....................................................................................130 7.8 Экологическая экспертиза......................................................................................133 7.9 Экономика природопользования и охраны окружающей среды.......................135 8 Основы экологического права....................................................................................141 8.1 Государственные органы РФ в области охраны окружающей природной среды...............................................................................................................................145 8.2 Управление природопользованием и охраной природы......................................146 8.3 Виды ответственности за экологические правонарушения.................................148 9 Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды...............153 9.1 Объекты охраны окружающей среды....................................................................153 9.2 Формы международного сотрудничества в области природопользования и охраны окружающей среды..........................................................................................156 Список используемой литературы.................................................................................165 1 Введение С развитием научно-технического процесса воздействие человека на окружающую природную среду становится все более интенсивным. В настоящее время оно уже соизмеримо с действием природных факторов. На сегодняшний день ясно, что человек очень мало знает о среде, в которой он живет и особенно о механизмах, которые ее формируют и сохраняют. Раскрытие этих механизмов (закономерностей) - одна из важнейших задач современной экологии. Одной из основных целей преподавания экологии, применительно к деятельности специалистов экономической направленности, является развитие практических навыков экологической оценки принимаемых экономических решений, исходящих из минимального ущерба окружающей природной среде и здоровью человека. Важной составляющей экологического образования будущих специалистов является овладение практическими методами прогнозирования последствий изменения окружающей среды в результате техногенной деятельности, решения проблем рационального природопользования. 1.1 Предмет, задачи и методы экологии Экология (от греч. oikos – дом, жилище, местообитание и logos – учение) – наука о взаимоотношениях живых организмов между собой и со средой их обитания. Экология – биологическая наука, синтезирующая данные естественных и общественных наук о природе и взаимодействии природы и общества. Термин «экология» впервые ввел немецкий зоолог Эрнст Геккель в книге «Всеобщая морфология организмов» (1866). По Геккелю, экология представляет науку о домашнем быте живых организмов, так называемая «экономия природы». Экология рассматривает пути влияния среды на организм, способность организмов жить и развиваться в конкретных условиях. Основной интерес для экологии представляют организмы, популяции, сообщества, экосистемы. Общие задачи современной экологии: 1. Раскрытие места и роли человека, цивилизации, техносферы в существовании экосферы планеты Земля с позиций экологических законов. Нахождение и уточнение естественно-научных критериев, определяющих экологическую совместимость биосферы и человека и количественные пределы развития техносферы. 2. Экологизация сознания людей: формирование новой идеологии, направленной на экологизацию экономики, производства, политики и образования. 3. Всеобъемлющая диагностика состояния природы планеты и ее ресурсов. 4. Разработка прогнозов изменений биосферы и состояния окружающей человека среды при разных сценариях экономического и социального развития человечества. 5. Формирование такой стратегии поведения человеческого общества, такой экономики и таких технологий, которые приведут масштабы и характер хозяйственной деятельности в соответствие с экологической выносливостью природы и остановят глобальный экологический кризис. Для исследования путей влияния среды на организм, способностей организмов жить и развиваться в конкретных условиях в экологии применяют несколько методов. 1. Методы регистрации и оценки состояния среды (метеорологические наблюдения; измерение температуры, прозрачности, солености и химсостава воды; определение характеристик почвенной среды и т.п.; эколог вынужден иногда вносить специальные изменения в технику этих измерений и проявить немалую изобретательность, когда, например, нужно измерить температуру высиживающей птенцов дикой птицы, определить состав воздуха в норе спящего сурка и т.п.; к этой же группе относят мониторинг – периодическое или непрерывное слежение за состоянием экологических объектов и за качеством среды); 2. Методы количественного учета организмов и методы оценки биомассы и продуктивности растений и животных применяются подсчеты особей на контрольных площадках, в объемах воды или почвы, отлов и мечение животных, наблюдения за их перемещениями с помощью телеметрии и др. средства вплоть до аэрокосмической регистрации численности стад, скоплений рыбы, густоты деревостоя, состояния посевов, урожайности полей); 3. Исследование влияния факторов среды на жизнедеятельность организмов (здесь применяется экспериментальный подход, когда в лабораторных условиях регулируется воздействие строго контролируемого фактора на те или иные функции растений или животных, а также анализируется применимость полученных на животных результатов к экологии человека; этим путем устанавливаются оптимальные и граничные условия существования организмов, нормы их реакции на факторы среды; в частности так определяется критические и летальные дозы химических и др. реагентов); 4. Методы изучения взаимоотношений между организмами во многовидовых сообществах (например, создание и исследование искусственных сообществ и экосистем; лабораторное натурное моделирование взаимодействий друг с другом и окружающей средой); 5. Методы математического моделирования (существуют близкие к реальным процессам математические модели техногенных эмиссий, распространения загрязнителей в атмосфере, самоочищения реки; более сложное моделирование, например, экосистем, осуществляют с применением современной вычислительной техники). В современной экологии, науке об окружающей среде сталкиваются два подхода к проблеме взаимоотношений человека и природы: антропоцентрический и биоцентрический. 1. Антропоцентрический или технологический подход – в центре экологических проблем стоит человек. Переэксплуатация природных ресурсов, загрязнение воды и воздуха рассматриваются лишь с точки зрения их отрицательного влияния на здоровье человека. Возникшие проблемы окружающей среды представляются только как следствие неправильного ведения хозяйства. Считается, что проблемы могут быть устранены путем технологической реорганизации и модернизации, что законы природы не могут и не должны мешать научно-техническому прогрессу. 2. Биоцентрический или экоцентрический подход – человек лишь одна из форм жизни, и как биологический вид в значительной мере остается под контролем главных экологических законов и в своих взаимоотношениях с природой вынужден и должен принимать ее условия. Нарушенные человеком регуляторные функции биосферы не могут быть восстановлены или изменены технологическим путем. Прогресс человечества ограничивается экологическим императивом. Экология тесно связана с фундаментальными науками (математикой, физикой, химией), естественными (биологией, географией, геологией, поч- воведением), общественными (экономикой, социологией, политологией, психологией), прикладными (охраной природы, биотехнологией, растениеводством). В наше время термином «экология» все чаще обозначают совокупность взаимоотношений природы и общества. Рассматривая структуру современной экологической науки, можно выделить три основные ветви экологии. Первая ветвь. Общая экология, или биоэкология, — это изучение взаимоотношений живых систем разных рангов (организмов, популяций, экосистем) со средой и между собой. Эту часть экологии в свою очередь подразделяют на следующие разделы: • аутэкологию, т. е. изучение закономерности взаимоотношений организмов отдельного вида со средой обитания; • демэкологию или экологию популяций; • синэкологию, т. е. экологию сообществ; • экосистемную и биосферную экологию. Вторая ветвь. Геоэкология — это изучение геосфер, их динамики и взаимодействия, геофизических условий жизни, факторов (т. е. ресурсов и условий) неживой окружающей среды, действующей на организмы. Третья ветвь. Прикладная экология — это аспекты инженерной, социальной, экономической охраны среды обитания человека, проблем взаимоотношений природы и общества, экологических принципов охраны природы Экология является теоретическим фундаментом рационального природопользования и охраны природы. Экологические знания используются в сельском, лесном и промысловом хозяйстве, экономике, медицине, социо- логии и т.д. Достижения экологии применяются при решении глобальных проблем современности: взаимоотношения общества с окружающей средой, рационального природопользования и охраны природы, продовольственного обеспечения. 1.2 История формировании экологии как науки Экология как наука сформировалась в середине 19 в. История развития экологии связана с возникновением и развитием человеческого общества. Выделяют 5 этапов становления наук о природе, в том числе и экологии. Первый период: Аристотель (IV в. до н.э.) предложил первую классификацию животных, описывает их поведение, зависимость морфологии от условий внешней среды, приспособление к условиям среды обитания. Труд «История животных». Теофраст Эрезийский ( IV в.н.э.), ученик Аристотеля дал описание 500 видов растений, с учетом местообитания выделил их естественные группировки, заложив основы геоботаники. Второй период: Великие географические открытия дали толчок к развитию систематики. Первые систематики – А.Цезальпин (1519-1603), Д.Рей (1623-1705), Ж.Турнефор (1656-1708) сообщали и о зависимости растений от условий произрастания или возделывания, о местах их обитания. Сведения о поведении, повадках, о местах обитания животных называли «историей» жизни животных. Карл Линней, первый фенолог и основатель научной систематики, в 1749г. опубликовал диссертацию «Экономия природы», в которой под экономией понимал взаимоотношения всех естественных тел. Считал, что необходимо не только размножение, но и разрушение организмов, поскольку гибель одних организмов дает возможность для существования других. Т.о. Линней заложил основы понимания биотического круговорота. Ж. Бюффон (1707-1788) считал возможным «перерождение» видов и полагал основными причинами такого превращения влияние внешних факторов (температуры, качество пищи и гнет одомашнивания). Жан-Батист Ламарк (1744-1829) – автор первого эволюционного учения, считал, что влияние внешних обстоятельств – одна из самых важных причин приспособительных изменений организмов, эволюции животных и растений. В книге «Философия зоологии» впервые широко поставил вопрос о влиянии среды на организмы, но не сумел объяснить причин их «пригнанности» к среде обитания. Т.Р.Мальтус (1766-1834) – в книге «опыт о принципах народонаселения» вывел закономерность роста населения – в геометрической прогрессии, а средства же существования растут в арифметической прогрессии. Результат – объективный разрыв между темпами роста населения и средств существования, а следовательно иллюзорность всеобщего благоденствия. Александр Гумбольдт (1769-1859) – немецкий естествоиспытатель, показал значение климата для жизни растений, ввел понятие изотерм, выдвинул идею горизонтальной зональной и вертикальной поясности в распространении растений. К.Ф.Рулье (1814-1858) – российский биолог, разработал систему изучения животных. Раскрыл значение биотических факторов в жизни растений и животных, утвердил понятие географической и экологической изменчивости видов. Н.А.Северцов (ученик Рулье) в 1855г. опубликовал магистерскую диссертацию «Периодические явления в жизни зверей, птиц, гадюк Воронежской губернии». Это первое специальное экологическое исследование. |